Trådlös laddning – Tesla, reviderad standard och tidiga applikationer

Trådlös laddning eller induktiv laddning, har under senare år fått stort genomslag i konsumentelektronik. Det är idag vanligt att trådlöst ladda smartklockor, mobiltelefoner, hörlurar med mera. För applikationer med högre effektbehov som laddbara fordon har det kommersiella genomslaget ännu ej skett i större skala. Men det pågår intressant utveckling på området, både i Sverige och internationellt.

Trådlös laddning av fordon aktualiserades i förra veckan i och med Teslas tillkännagivande att deras helautomatiserade Robotaxis endast ska gå att ladda trådlöst [1]. Dagens nyhetsbrev är en kort sammanfattning av nuläget för trådlös laddning av fordon, med speciellt fokus på standarder samt exempel på forskningsprojekt och kommersiella applikationer. Vi kommer endast att inkludera statisk (stillastående) trådlös laddning, där den vanligaste konfigurationen är att energi överförs genom luften från en platta på marken till en mottagare i fordonet. Dynamisk trådlös laddning (elvägar) är därmed inte inkluderat.

Standard för trådlös laddning reviderad i augusti

Ett antal standarder för den fysiska anslutningen, kommunikationsprotokoll och mer har spelat en nyckelroll i att möjliggöra en laddinfrastruktur som är interoperabel, säker och smidig [2]. Det pågår konstant standardiseringsarbete även för konduktiv kabelbaserad laddning, inte minst inom V2G, vilket vi har skrivet om tidigare [3].

Samma standardiseringsprocess behöver ske för trådlös laddning. I augusti släpptes den senaste versionen av SAE J2954, en standard för trådlös laddning [4]. SAE J2954 är en internationell standard som etablerar specifikationer och acceptabla kriterier för: interoperabilitet, elektromagnetisk kompabilitet, elektromagnetiska fält, lägsta prestanda, säkerhet och testning för stationär laddning av lätta (light-duty) laddbara fordon [4]. Den senaste standarden specificerar dessa krav upp till en laddningseffekt på 11 kW (vilket kan öka till 22 kW i framtida revisioner). Dubbelriktad laddning är inte inkluderat men kan inkluderas i framtiden [4]. Efter dialog med insatta personer i ämnet har vi även fått förklarat att den så viktiga kommunikationsstandarden för bland annat Plug and charge och V2G – ISO15118 även innefattar trådlös laddning.

I en intervju med Automotive News menar representanter från SAE att den senaste revisionen av J2954 utgör den ”saknade länken” för att trådlös laddning ska kunna få kommersiellt genomslag [5]. J2954 bygger delvis på en teknik att positionera fordonet till optimal position över laddningsplattan på ett system utvecklat av Mahle. Tester under standardiseringsarbetet har visat att laddning vid 11 kW kan ske till 93 procents verkningsgrad och att tekniken fungerar under snöiga och regniga förhållanden [5]. Det kan även noteras att det arbetas med en standard för tunga fordon (J2954/2) vilket ska klara effekter på uppåt 500 kW [6].

Flera forskningsprojekt pågår för att utveckla och demonstrera trådlös laddning

Det pågår ett antal forskningsprojekt runt om i världen, dels för att utveckla den tekniska prestandan, dels för att testa tekniken i verkliga miljöer och applikationer.

En av de ledande miljöerna är Oakridge National Laboratory i USA där forskning pågår för att bland annat öka laddningseffekten genom trådlös laddning [5]. Uppsatta målsättningar har varit att nå en laddningseffekt på mellan 250 – 300 kW med en verkningsgrad på cirka 90 procent [5]. Det verkar vara på god väg att lyckas. I somras demonstrerades en ny laddare med tillhörande mottagare installerade i en Porsche Taycan en laddningseffekt på 270 kW, vilket är världsrekord för personbilar [5, 7]. Forskarna på Oakridge hävdar flera unika egenskaper för deras system. Bland annat möjliggör en unik lindning av spolen (inspirerarad av elmaskiner) låg vikt och kompakt format, vilket i sin tur leder till en 8 – 10 gånger högre effekttäthet jämfört med nuvarande system [7]. Systemet ska enligt deras utsago ha en verkningsgrad på över 95 procent [7]. Ett annat exempel på framstående forskning i området kommer från Chalmers, där forskare bland annat genom användning av halvledare baserade på kiselkarbid utvecklar ett system som ska klara laddning i upp till 500 kW med en verkningsgrad på 98 procent [8].

Samtidigt som tekniken för trådlös laddning fortsätter att utvecklas har även ett fåtal demonstrationsprojekt initieras för att testa i verkliga miljöer. Ett tidigt exempel från 2019 är ett projekt i Oslo för trådlös laddning av batterielektriska taxibilar [9]. I en intervju med Oslo kommuns ansvarige för elektromobilitet Sture Portvik gjord år 2023 kommuniceras några insikter från projektet [10]. Enligt Sture har trådlös laddning visat sig både mindre påträngande i stadsbilden och mindre utrymmeskrävande, vilket har fördelar i tätbefolkade områden [10]. Vidare menar Sture att resultaten från projektet pekar på bättre verkningsgrad för trådlös laddning jämfört med konduktiv laddning med kabel (vilket även testades av biltestaren Björn Nyland [11]) och att tekniken är speciellt bra för användare med funktionsnedsättningar [10].

Ett annat projekt genomförs nu i Göteborg i samverkan mellan bland annat Volvo Cars, Göteborg Energi, InductEV och Cabonline. Likt Oslo testas trådlös laddning för batterielektriska taxibilar, i detta fall Volvo XC40 Recharge [12]. Projektet inleddes år 2022 och avslutas under nästa år. Laddningseffekten är 43 kW och taxibilarna är tänkta att användas intensivt under testperioden [12]. Ett resultat från projektet som redovisades i ett exjobb år 2024 är att deltagande taxibilar hade liknande laddningsmönster oavsett om det var trådlös eller kabelbaserad laddning, och att trådlös laddning ansågs som en smidig lösning av förarna [13].

Ett liknande taxiprojekt genomfördes i Nottingham under slutet av år 2022. Total deltog nio taxibilar, laddning skedde till en effekt av 11 kW och systemet nådde en verkningsgrad på 90 procent [14]. Likt erfarenheterna i Göteborg ville förarna använda trådlös laddning som ett substitut för kabelbaserad laddning. Den initiala hypotesen att trådlös laddning skulle vara en kompletterande laddning (opportunity charging) till kabelbaserad laddning kunde därför ifrågasättas, vilket också talar för att högre laddeffekter är önskvärt för dessa applikationer av trådlös laddning [14].

Reds. anm., det kan vara svårt att jämföra uppgifterna om verkningsgrad mellan olika lösningar ovan då det är oklart huruvida det avser från elnät till batteri eller från platta till mottagare.

Kommersiella tunga fordon är tidiga användare av trådlös laddning

Teslas nyhet i förra veckan om att framtida Robotaxis endast ska kunna ladda trådlöst kom inte som en överraskning för branschen. Förra året bekräftade företaget att de utvecklade trådlös laddning, bland annat genom att visa en bild på en trådlös laddare för hemmabruk [15]. Tesla uppges ha förberett pickupen Cybertruck med kabeldragningar för senare montage av mottagare för trådlös laddning [5]. Även VW, Hyundai och Stellantis uppges överväga trådlös laddning i framtida modeller [5].

De naturliga första applikationerna för trådlös laddning tycks dock inte vara personbilar i privat bruk, vilket tidigare beskrivna demonstrationsprojekt för taxibilar också indikerar. De mest mogna applikationerna för trådlös laddning verkar i stället vara tunga fordon som bussar, maskiner i hamnar och i gruvor enligt insatta personer vi har pratat med. Exempelvis har kommersiella projekt för bussar pågått sedan år 2018 i norra USA [16]. Bussarna kommer från BYD och genom att kombinera flera laddningsplattor från InductEV kan laddstationerna nå laddningseffekter på mellan 300 – 450 kW per laddande buss [16].

Egen kommentar

Mycket är på gång inom trådlös laddning och spekulationerna är i full gång med tanke på Teslas nyhet i förra veckan. En vanlig uppfattning om trådlös laddning är att verkningsgraden är betydligt lägre än för konduktiv kabelbaserad laddning, vilket dock flera studier pekar på att det inte stämmer. Men andra utmaningar kvarstår. Exempelvis kring positioneringen mellan fordon och laddningsplatta som kan påverka möjlig laddningseffekt. Även kostnader utgör ett hinder om inte trådlösa system skapar tydliga extra värden jämfört med konduktiv kabelbaserad laddning. Just nu verkar dessa värden vara som störst för tunga fordon i vissa applikationer. Men den största potentialen för trådlös laddning är troligen när den kombineras med automatiska fordon.

Referenser

[1] InsideEVs. 2024. länk

[2] Tridens technology. 2023. länk

[3] OmEV. 2022. länk

[4] SAE. 2024. länk

[5] Automotive News. 2024. länk

[6] SAE. 2022. länk

[7] Oakridge National Laboratory. 2024. länk

[8] Elbilen. 2023. länk

[9] CNBC. 2019. länk

[10] Intelligent Transport. 2023. länk

[11] Youtube. 2022. länk

[12] Volvo Cars. 2022. länk

[13] Nyström, Albin, and Felix Gavuzzi Roos. ”Barriers to Innovation: Adoption and Diffusion of Wireless Charging and Electric Taxis An in-depth Analysis of the Adoption Barriers & Diffusion for Electric Taxis & Wireless Charging Technology.” länk

[14] Fleet News. 2024. länk

[15] Electrek. 2023. länk

[16] Electrive. 2022. länk