2015-05-21 | 编辑:Gillzyb 1250 浏览人次

详解电动汽车无线充电技术

Q1:无线充电有哪些方式?原理是什么?
 
 
A:现在划分的无线充电类型有好些种,比如感应式、共振式、微波传输式等等,不过总体来说,它们的基本原理都是一样的,就是利用交变电磁场的电磁感应,来实现能量的无线传输。
  
感应式的无线电能传输算是目前比较成熟的技术,很多手机无线充电、甚至我们常见的电磁炉就是利用的这种原理。由于数码设备空间小,接收线圈也小,加上充电设备功率小,所以通常充电的距离近(甚至需要与充电座接触),不过相对电磁辐射也小。
  
共振式则是麻省理工目前在开发的一类充电技术,说起来也不复杂,他们利用电磁感应现象,加上共振的原理,能提升无线充电的效率。共振传输的距离比普通感应式更远一些,而麻省理工目前正在进行小型化的研究——对于车长好几米的电动车来说,这方面的技术压力倒不是太大。
  
微波传输式此前更多出现在科幻电影或者小说里面,实际上它也是无线电力传输的一个很好的方式,只不过受到发送功率等方面的限制,并未大规模实用化。微波传输的最大好处就是传输距离远,甚至可以实现航天器与地面之间的能量传输,同时还可以实现定向传输(发射天线有方向性),未来前景值得期待。
 

 

Q2:无线充电的好处有哪些?

 
A:无线充电的第一个好处就是不需要线,不必为了到处找充电线而费神。第二就是无线充电在硬件方面的标准更容易统一。
 
Q3:有待解决的问题有哪些?
 
A: 一、传输效率是所有无线充电都面临的问题,对于电动车这样充电功率更大的“电器”来说更是如此——电能首先转换为无线电波,再由无线电波转换成电能,这两次转换都会损失不少的能量。
 
二、电磁相容也是无线充电需要解决的技术瓶颈之一。电磁波很容易产生洩漏,当大功率的车用无线充电设备运行时,也会对周围的生物和电子设备产生影响,甚至会危害人体健康。利用封闭的自动智慧化车库安装无线充电设备是解决电磁相容比较好的途径,不过成本也确实不菲。
 
三、电气标准等方面的问题。
 
Q4:有哪些典型案例呢?
 
A:从国外车企来看,特斯拉、沃尔沃、奥迪、宝马、奔驰等传统汽车都已经开始研发或测试旗下电动车的无线充电系统。全球通讯以及IT界的新贵们也将“触角”伸向了电动车无线充电的新领域。而在无线充电的规划和静态还是动态充电的选择上,国内外车企则各有不同。
 
一、沃尔沃:利用道路进行无线充电
 
 
在瑞典,沃尔沃集团、瑞典电力公司 Alstom、瑞典能源局正在共同合作测试利用公路给电动汽车充电,通过将两个电源线铺设在公路上,电动车经过时便可获得电力供应。这项技术的核心在于汽车得搭载集电器,集电器与公路上的电缆连线,利用直流电充电。汽车不必走在电缆的中央,但必须时速大于 60 公里。
  
沃尔沃已在瑞典的 H llered 测试中心建立了一条 1/4 英里长的轨道,用一辆卡车进行测试。未来,当电动汽车需要充电时,必须安装无线发射器让道路感知,然后经过加密信号启动充电功能。由于对速度有要求,沃尔沃的这一充电系统适合在高速路上实行,如果未来成真,人们出远门的时候就不用担心电力问题。
 
利用公路地表进行无线充电很可能是未来的发展方向,相比地面上的设施,它的好处是不需要占用地面空间,可减少建设、维护成本。汽车不需要停下来进行充电,可持续驾驶。
 
沃尔沃的这一举措是为了给电动汽车打造一个良好的充电网络。不过它需要面对很多普及的问题,比如公路建设、设计问题、集电器、电动汽车的支持等。就像无人驾驶一样,这是一个浩大的工程,短期内还难以实现。
 
二、高通:Halo的感应充电系统
 
 
在2015年4月22日的Formula E电动方程式锦标赛上,高通就展示了自己研发的Halo无线汽车充电技术。只要将车开到充电垫的正上方,当充电线圈对齐之后,电流便会开始输送到汽车当中。如果汽车和垫子之间存在外来物体,系统还可自动暂停充电。
 
高通Halo的感应充电系统是个相对直接明了的构想:一个由两个铁氧体组成的变压器,两者的旁边还各有一个电线线圈。一般来讲,这两个部分是连接在一起的。交流电会在第一个线圈中被转换成磁场,随后再被第二个线圈转换成直流电。而高通Halo却将两个铁氧体分离开来,并让系统跨越空气间隔实现最大功率传输。
  
Halo的无线充电器被放置在了车尾的位置,是一个比机上盒稍大一些的金属盒子,并连接着几条橙色的电线。至于另一半的充电器,就在汽车的下方。感应充电其实是可以作用于移动中的车辆的。Halo目前已经具备了半动态充电的能力,可在最高30mph的速度下进行电能传输。
 
三、日产无线充电汽车
 
日产魔方电动车采用了可在供电线圈和受电线圈之间提供电力的电磁感应方式。即将一个受电线圈装置安装在汽车的底盘上,将另一个供电线圈装置安装在地面,当电动汽车驶到供电线圈装置上,受电线圈即可接受到供电线圈的电流,从而对电池进行充电。目前,这套装置的额定输出功率为 10kW,一般的电动汽车可在7-8小时内完成充电。
  
日本无线充电式混合动力巴士:电磁感应式,供电线圈是埋入充电台的混凝土中的。车开上充电台后,当车载线圈对准供电线圈后(重合),车内的仪表板上有一个指示灯会亮,司机按一下充电按钮,就开始充电。
  
三、中兴:无线供电系统
 
中兴通讯的无线供电系统是通过非接触的电磁感应方式进行电力传输。当充电车辆在充电停车位停泊后,就能自动通过无线接入充电场的通信网络,建立起地面系统和车载系统的通信链路,并完成车辆鉴权和其他相关资讯交换。
 
充电位元也可以通过有线或者无线的方式和云服务中心进行互联。一旦出现充电和受电的任何隐患,地面充电组件将立即停止充电并报警,确保充电过程安全可靠。最重要的是,无线充电系统在车辆运行时完全不工作,即使车辆在上面驶过,或者在雷雨等恶劣天气情况下,也能确保安全。
 
四、比亚迪:WAVE无线充电垫
 
比亚迪早在2005年12月就申请了非接触感应式充电器专利。在2014年7月卖给犹他大学一辆40英尺的纯电动巴士,这款巴士就装配着最新的WAVE无线充电垫。
 
五、奥迪:可升降的无线充电系统
 
奥迪的可升降的无线充电系统最大的特点就是可让供电线圈更靠近车辆底部的受电线圈,实现了超过90%的电力传输效率。这种方式能让一些高底盘的SUV在充电时保证更好的充电效率。奥迪的无线充电技术仅需要使用者将停车位元元上安置一块配置线圈和逆变器(AC/AC)充电板,并连接至电网,当车辆停在电板上时,充电过程会自动开启。
 
这种充电的原理是充电板内的交变磁场将3.3千瓦的交变电流感应至集成在车内次级线圈的空气层中,实现电网电流逆向并输入到车辆的充电系统中。当电池组充满电时,充电将自动中止。感应式无线充电所需的充电时间与电缆充电所需的充电时间大致相同,且用户可以随时中断充电并使用车辆。
 
奥迪的无线充电技术效率超过90%,不受譬如雨雪或结冰等天气因素的影响。同时,交变磁场只有当车辆在充电板上方时才会产生,且不对人体或动物构成伤害。未来利用感应线圈的充电原理,奥迪电动汽车不仅可以在驶入车位后自动开始充电,甚至可以在设有感应线圈的公路上,一边行驶一边充电。
 
六、特斯拉
 
在19世纪90年代,尼古拉•特斯拉发明了“特斯拉线圈”,能够通过空气传播电力,开启了无线式电力传播的时代。在“2011年国际消费电子展”上,美国安利公司旗下子公司富尔顿创新公司展示了无线充电技术,并推出了世界上第一辆无线充电的特斯拉汽车。目前,特斯拉希望能在各个大城市中建立起一张张相互连接的充电网,以解决电动车很容易出现的电力不足问题。
 
(图片来源:EEPW)

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