Fonte: Formula E
USA. 22 dicembre 2014. Mentre la Formula E fa i suoi primi passi nella sua stagione inaugurale, il campionato ed i suoi partner stanno già guardando al futuro con l’introduzione della tecnologia di ricarica wireless.
Qualcomm Incorporated è leader mondiale in 3G, 4G e le tecnologie wireless di nuova generazione e si è unita alla rivoluzione elettrica da corsa proprio dall’inizio del cammino come partner tecnologico fondatore.
In Formula E, Qualcomm ha incorporato la ricarica wireless per essere utilizzata sule vetture di servizio. Ma come funziona?
Graeme Davison, Vice President of Technology di Qualcomm, spiega la fisica dietro il processo.
“Potrei passare 10-15 minuti a spiegare o forse 10-15 ore! Il sistema è in realtà lo stesso di una tecnologia piuttosto vecchia. E’ quella dai primi giorni del magnetismo, dei motori e dei trasformatori. Il tutto si riduce a cose che sono state fatte 150 anni fa in modo molto semplice. La teoria dice che se si crea un campo elettrico alternato, si fa passare della corrente alternata attraverso un filo e poi metti una bobina, si crea un campo magnetico.
“Questo campo magnetico rifletterà quello che fai con la corrente. I campi magnetici possono muoversi attraverso l’aria, un po’ come funziona una bussola ad esempio, è possibile utilizzare una semplice bobina e dei fili per avere il campo magnetico e se questo campo è in movimento è possibile quindi creare energia elettrica in quella serpentina”.
Le vetture di servizio BMW, sia la i3 che la i8 – inclusa la Qualcomm Safety Car, sono parcheggiate alla fine della pitlane durante la gara, pronte a scendere in pista.
Qualcomm ha istituito stazioni di ricarica in aree controllate FIA, che comprende un alimentatore, un pad di base e di un pad nel veicolo.
Come suggerisce Davison, la difficoltà sta nello sfruttare abbastanza energia in modo efficiente.
“La chiave è quello di massimizzare l’efficienza e massimizzare l’energia, così abbiamo sistemi che trasferiscono fino a 20 kW di energia attraverso un varco di 150 a 200 mm” dice.
“Dove siamo andati lontani è nel prendere la fisica molto semplicistica e renderla molto più efficiente, riuscendo ad immettere l’energia conforme agli standard di sicurezza. La chiave è come far muovere il flusso magnetico attraverso il gap d’aria e quindi incorporare molti design magnetici in modo da dirigere efficacemente dei campi magnetici tali che si possono acquisire con la bobina che si trova sulla macchina “.
Qualcomm ha unito le forze con la Formula E dalle primissime fasi del progetto seguendo il lavoro con Lord Paul Drayson, il proprietario originale della Drayson Racing che è stata rilevata da Trulli prima del test pre-stagione.
I due lavoravano con l’obiettivo di stabilire il record di velocità di terra di mondo per un veicolo elettrico. Questo partenariato ha portato ad un incontro con l’amministratore delegato di Formula E Alejandro Agag.
“Abbiamo lavorato con Paul da tre anni e alla fine era una delle parti interessate alla Formula E e ad un certo punto è stato un team principal”, aggiunge Davison. “Ci ha presentato Alejandro dai primissimi giorni e ha detto solo se fosse possibile immaginare quello che la ricarica wireless potesse fare per una serie di corse automobilistiche. Alejandro ha capito la visione per la ricarica senza fili e nonostante la tecnologia Qualcomm fosse pionieristica è stata la ricarica wireless che specificamente ha portato le due società insieme”.
In preparazione della prima serie di corse completamente elettrica Qualcomm ha applicato la sua esperienza per garantire che la tecnologia resti al centro dell’innovazione, pur mantenendo i massimi livelli di efficienza e sicurezza per l’utilizzo in un ambiente vivace come quello delle corse automobilistiche.
“Ha bisogno di essere sicura. La sicurezza è ovviamente fondamentale in tutte le forme del motorsport”, dice Davison. “Inoltre è necessario assicurarsi di non influenzare altri dispositivi elettronici da energia radiante in altri apparecchi esistenti. Abbiamo passato molto tempo a guardare la costruzione del centro di come tali veicoli sono costruiti – quali materiali sono stati utilizzati, come i materiali sono stati messi insieme ecc. Poi anche il luogo dove i sistemi attuali si trovano su quel veicolo e dove si prendono le informazioni e l’uso, per simulare cosa accadrebbe se si aggiunge un sistema a induzione senza fili e che la simulazione ci permettesse di vedere dove i campi magnetici come questo si prevede possano influenzare gli altri sistemi del veicolo, ma anche quanto sia sicuro se qualcuno è seduto all’inerno del veicolo”.
Forse l’aspetto più emozionante della ricarica senza fili è il potenziale futuro sia all’interno della Formula E che per i veicoli elettrici stradali.
“Vediamo che questa tecnologia si muove in tutti i veicoli elettrici e nelle case automobilistiche che producono queste macchine. Circa cinque o sei anni fa, quando abbiamo davvero iniziato a guardare il caso della ricarica senza fili siamo usciti ed abbiamo parlato con alcune case automobilistiche e abbiamo chiesto se sarebbero interessati ad utilizzare questa tecnologia sviluppata su prodotti futuri”, afferma Davison.
“Ci siamo chiesti se sarebber fuggiti da essa a causa della complessità percepita ma è molto più semplice rispetto diversi altri dispositivi. Ogni produttore di automobili ad alto livello, quando abbiamo presentato questo, ha detto che era perfetto. In definitiva si tratta di libertà, di parcheggio del veicolo e di togliere il pensiero delle spine e tutto quello che attualmente abbiamo per la ricarica. Questo era qualcosa che dovevamo fare nel nostro vecchio stile di vita. Se siamo in grado di ottenere che l’EV sia simile ad un motore a combustione interna dal punto di vista dell’utente, sarebbe un bel risultato”.
Ma per quanto riguarda la pista?
C’è una possibilità che possiamo vedere sistemi di ricarica senza fili per le auto da corsa e le auto di servizio?
“E’ sempre stata la visione della Formula E di avere la ricarica wireless per le auto da corsa. Una delle cose che potremmo fare è caricare i veicoli fuori, il che è vantaggioso dal punto di vista di uno sponsor per l’esposizione. Le vetture non saranno nascoste durante la carica”.
Sia la Formula E che Qualcomm stanno cercando la possibilità della ricarica dinamica – riuscendo a sfruttare l’energia elettrica, mentre la macchina sta viaggiando a velocità di corsa in pista. E’ un’idea che potrebbe rivoluzionare l’automobilismo elettrico e potrebbe potenzialmente portare ad una gara di 24 ore, senza la necessità di fermarsi per ricaricare”.
Ma quanto vicino è la tecnologia di realizzazione di tale obiettivo?
“Potremmo non essere in grado di fare la ricarica a 150 miglia all’ora, ma potremmo forse fare la ricarica a bassa velocità”, ammette Davison. “Potremmo implementare la ricarica wireless su parti più lente del tracciato. Anche nella pitlane, lungo il circuito o anche la carica in determinati tratti in cui i conducenti dovranno decidere se guidare flat out o rallentare per prendere la carica. Tutto è possibile!
“È in corso la ricerca sulla carica dinamica e non vediamo che sia poi così lontana. E’ ovviamente difficile mettere una data, ma probabilmente entro cinque anni o giù di lì sarà assolutamente possibile vedere i veicoli ricaricare mentre si muovono. La domanda che è difficile prevedere è a quale velocità potrebbe avvenire la carica e quanta energia sarà richiesta! “
In English
Qualcomm wireless charging – how does it work?
Source: Formula E
USA. December 22, 2014. As Formula E takes its first steps in its inaugural season, the championship and its partners are already looking to the future with the introduction of wireless charging technology.
Qualcomm Incorporated is the world leader in 3G, 4G and next-generation wireless technologies and joined the electric racing revolution at the very start of the journey as a founding technology partner. In Formula E, Qualcomm has incorporated wireless charging to be used on the course cars. But how does it work?
Graeme Davison, Vice President of Technology at Qualcomm, explains the physics behind the process.
“I could spend 10-15 minutes explaining and quite possibly 10-15 hours! The system itself is actually quite old technology. It’s from early days of magnetics, motors and transformers. It all boils down to stuff that was done 150 years ago in very basic format. The theory goes that if you create an alternating electric field, alternating a current through a wire and then put that through a coil, you then create a magnetic field.
“That magnetic field will reflect what you do with the current. Magnetic fields can move through air, kind of like how a compass works for instance, you can then use a simple coil and wires to collect that magnetic field and if that field is moving you can then create electrical energy in that coil.”
The BMW course cars, both the i3 and the i8 – including the Qualcomm Safety Car, park at the end of the pitlane at race events ready to take to the track. Qualcomm set up charging stations in FIA-controlled areas, which includes a power supply, a base pad and a vehicle pad.
As Davison suggests, the difficulty is harnessing enough energy in an efficient way.
“The key is to maximise efficiency and maximise energy, so we’ve got systems that transfers up to 20kW of energy across a gap of 150 to 200mm,” he says.
“Where we come along, is take very simplistic physics and we make it much more efficient, comply with safety standards and put the power into it. The clever bit is how we make the magnetic flux move across the air gap and that incorporates a lot of magnetic design to effectively direct those magnetic fields such that you can capture them with the coil that is on the car.”
Qualcomm joined forces with Formula E from the very early stages of the project following its work with Lord Paul Drayson, the original owner of the Drayson Racing entry, which was taken over by Trulli ahead of pre-season testing. The two combined with the aim of setting the world land speed record for an electric vehicle. That partnership led to a meeting with Formula E CEO Alejandro Agag.
“We worked with Paul on that three years ago and he eventually was one of the interested parties for Formula E and at one point was a team principal,” adds Davison. “He introduced us to Alejandro back in the very early days and said just imagine what wireless charging can do to a motor racing series. Alejandro understood the vision for wireless charging and despite Qualcomm pioneering so many technologies it was wireless charging that specifically brought the two companies together.”
In preparation for the first fully-electric racing series Qualcomm drew upon its expertise to ensure the technology remains at the heart of innovation, while retaining the highest levels of efficiency and safety for use in a bustling motor racing environment.
“It needs to be safe, safety is of course paramount in all forms of motorsport,” says Davison. “Also you need to ensure you don’t affect other electronic devices by radiating energy into existing appliances. We spent a lot of time looking at the core construction of how those vehicles are built – what materials have been used, how the materials have been put together etc. Then also where the current systems reside on that vehicle and we take that information and use that to simulate what would happen if you add a wireless induction system and that simulation allows us to see where the magnetic fields go and predict how that will affect other systems on the vehicle but also how safe it is for someone stood by the vehicle or sat inside.”
Possibly the most exciting aspect of wireless charging is the future potential both inside Formula E and for electric vehicles on the road.
“We see this technology moving into all electric vehicles, for car manufacturers who are producing these cars. About five or six years ago when we first really started looking at the case for wireless charging we went out and spoke to car companies and asked whether they would be interested in using this developed technology on future products,” says Davison.
“We wondered whether they would shy away from it due to perceived complexities but it is a lot simpler than various plugs and other devices. Every car manufacturer at a senior level when we presented this said it was perfect. Ultimately it’s about freedom and parking the vehicle and thinking plugs are all we had. This was something we had to do in our old lifestyle. If we can get the EV to be similar to an internal combustion engine from a user perspective then that would be quite an achievement.”
But what about on track? Is there a chance that we may see wireless charging systems on the race cars as well as the course cars?
“It has always been the vision at Formula E that we get wireless charging put on the race cars. One of the things we could do is charge the vehicles outside which is beneficial from a sponsor’s perspective for exposure. The cars won’t be hidden away when charging.”
Both Formula E and Qualcomm are looking to the possibilities of dynamic charging – managing to harness the electrical energy while the car is driving at race speeds on track. It’s an idea that could revolutionise electric motor racing and could potentially lead to a 24-hour race without the need to stop to recharge. But how close is the technology from making this a reality?
“We may not be able to do charging at 150mph but we could perhaps do charging at slower speed,” Davison admits. “We could implement wireless charging on slower parts of the track. Even in the pitlane, off the racing line or even charging sections where drivers will have to decide whether to drive flat out or slow down to pick up charge. Anything is possible!
“The research on dynamic charging is underway and we don’t see it being that far away. It’s obviously difficult to put a date to it but probably within five years or so you will absolutely see vehicles charging while moving. The question that is difficult to predict is at what speed would they be charging and how much energy will be required!”
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