電動(dòng)汽車的無線充電技術(shù)如今日益成熟，但是在實(shí)際應(yīng)用中依然存在著許多問題，如充電效率低、安全性不可靠、干擾太大等。電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)距離我們還有多遠(yuǎn)呢?
無線充電技術(shù)，即Wireless charging technology，是指具有電池的裝置不需要借助于電導(dǎo)線，利用電磁波感應(yīng)原理或者其他相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，在發(fā)送端和接收端用相應(yīng)的設(shè)備來發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號(hào)來進(jìn)行充電的一項(xiàng)技術(shù)，源于無線電力輸送技術(shù)。無線充電技術(shù)前期主要是應(yīng)用在手機(jī)的充電中。
目前在電動(dòng)汽車行業(yè)上無線充電技術(shù)也得到了應(yīng)用。各大車場(chǎng)在幾年前就開始著手研究汽車的無線充電技術(shù)。
從具體的技術(shù)原理及解決方案來說，目前無線充電技術(shù)主要有電磁感應(yīng)式、磁共振式、無線電波式、電場(chǎng)耦合式四種基本方式。這幾種技術(shù)分別適用于近程、中短程與遠(yuǎn)程電力傳送。這幾種方式的比較如下圖所示。
對(duì)于無線充電技術(shù)的應(yīng)用，其實(shí)各大廠商已經(jīng)先后推出了支持無線充電的電動(dòng)汽車。早在2013年，日產(chǎn)便選擇旗下全球銷量最好的純電動(dòng)汽車聆風(fēng)作為推廣無線充電技術(shù)的車型。2014年7月，奔馳和寶馬聯(lián)合宣布要合作研發(fā)電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)。奔馳將基于全新S級(jí)進(jìn)行測(cè)試，而寶馬則計(jì)劃率先將其應(yīng)用在i8身上。奧迪則在2015CES展上，展示了奧迪最新的無線充電設(shè)備，這套可自動(dòng)升降供電線圈的無線充電技術(shù)，足以應(yīng)對(duì)底盤較高的SUV。
合作/收購公司技術(shù)技術(shù)參數(shù)
高通收購HALO公司磁共振感應(yīng)高通的Halo無線充電裝置共有三款，其中額定功率分別為3.3KW、6.6KW和20KW.前兩種產(chǎn)品需要整夜充電，而第三種可以在半小時(shí)內(nèi)將電動(dòng)車充滿。鎳氫電池、鋰離子電池、甚至鉛酸電池都可以使用。
中興與國家電網(wǎng)合作，與東風(fēng)汽車、蜀都客車聯(lián)合推廣電磁感應(yīng)通過電磁感應(yīng)方式進(jìn)行電力傳輸，無線充電裝置被埋入停車位或者路面下面。整個(gè)系統(tǒng)只有充電器、發(fā)射墊、以及車輛底盤上的接收端。充電8分鐘可以支撐客車運(yùn)行6KM。
西門子 電磁感應(yīng)底盤與地面距離7-15cm之間，充電功率達(dá)到3.6kw.充電效率可以達(dá)到90%。
大眾 電磁感應(yīng)將電池充滿電需要8-10個(gè)小時(shí)，充滿后根據(jù)不同路況，可以行駛150-200KM。
日產(chǎn) 電磁感應(yīng)該系統(tǒng)最大輸出功率為3.3KW,以240V的電壓需要充8小時(shí)，車上配備自動(dòng)泊車系統(tǒng)，以防止地面線圈和車上線圈錯(cuò)位。
豐田 電磁共振無線充電系統(tǒng)額定輸出功率2KW,使用頻帶是國際標(biāo)準(zhǔn)取得共識(shí)的85KHZ。電力傳輸效率為80%，地面設(shè)置的線圈與車輛底部設(shè)置的受電線圈距離為15cm，水平錯(cuò)位允許有一條輪胎的距離。
豐田與Vitrioity公司合作磁場(chǎng)共振式只要發(fā)射端與接收端面積重合，線圈在橫向誤差±10cm,縱向誤差±5cm,平行誤差為±2度的條件下，任可以實(shí)現(xiàn)80-90%的傳輸率。
寶馬、奔馳寶馬奔馳合作電磁感應(yīng)式這套系統(tǒng)目前額定功率為3.6KW,以寶馬I8位例，該系統(tǒng)可以在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)為其充滿電。目前雙方正在對(duì)線圈進(jìn)行進(jìn)一步改造，使其輸出功率達(dá)到7KW.
奧迪 電磁感應(yīng)式奧迪的無線充滿電裝置輸出功率同樣為3.6kw,使用的頻率在80KHZ-90KHZ之間。
沃爾沃 電磁感應(yīng)式C30電動(dòng)汽車充電過程只要2.5h,汽車邊行駛邊充電。
現(xiàn)代起亞與美國無線動(dòng)力公司MojoMobility合作。無線電波式該系統(tǒng)動(dòng)力傳輸率最高而已達(dá)到19.2KW。充電效率超過85%的動(dòng)力傳輸系統(tǒng)，效率達(dá)到92%。
除沃爾沃以外，車企基本都是運(yùn)用在車輛靜止的狀態(tài)充電的方式。2012年，沃爾沃就啟動(dòng)了一個(gè)名叫“電網(wǎng)道路系統(tǒng)”的項(xiàng)目，并在瑞典的測(cè)試中心建設(shè)了一條長約400米的測(cè)試道路。該道路內(nèi)部鋪設(shè)了電纜，當(dāng)測(cè)試卡車經(jīng)過這段道路時(shí)，車輛會(huì)同電纜自動(dòng)展開連接，750V的直流電將對(duì)車輛進(jìn)行充電。2013年，韓國龜尾市鋪設(shè)了一條長達(dá)12公里的無線充電路段，純電動(dòng)公交車行駛在路上可邊開車邊充電。而在中國廣西也已經(jīng)建成了首條電動(dòng)汽車無線充電車道。
雖然無線充電技術(shù)已經(jīng)得到了應(yīng)用，但是無線充電系統(tǒng)任然有一些需要注意的重點(diǎn)。
1、移動(dòng)性
在無線充電系統(tǒng)的實(shí)作中，定位和跟蹤多個(gè)移動(dòng)接收器的能力至關(guān)重要。近場(chǎng)充電中發(fā)射器和接收器的相對(duì)位置不變，但在遠(yuǎn)場(chǎng)充電中用戶可能不斷移動(dòng)。用戶應(yīng)能隨意移動(dòng)而不會(huì)丟失訊號(hào)。
2、安全性
射頻安全性取決于在不損害人類健康的前提下，人體可以承受的照射量，通常是以吸收率(SAR)用來定義這個(gè)極限值。消費(fèi)類產(chǎn)品的安全性要求其實(shí)相當(dāng)嚴(yán)格，因?yàn)樗P(guān)乎能否讓消費(fèi)者建立安全感，不能只以通過安全規(guī)范為目標(biāo)來設(shè)計(jì)。
至于超音波的安全性，可能也是消費(fèi)者非常關(guān)心的問題，畢竟消費(fèi)者對(duì)于充滿射線的空間，心理上可能多少會(huì)有排斥，而且超音波有可能會(huì)影響動(dòng)物。在動(dòng)物也感知不到的高頻段上提供無線充電，可能是此一問題的解決方法。
3、系統(tǒng)干擾
無線充電系統(tǒng)基于高頻率開關(guān)訊號(hào)，必須具備預(yù)測(cè)噪訊來源的能力，包括充電系統(tǒng)本身的噪訊和系統(tǒng)外部的噪訊。
4、充電效率提升
充電效率一直是電動(dòng)汽車行業(yè)比較關(guān)注的重點(diǎn)。目前無線充電技術(shù)的充電效率一般在70%-80%，有線直流充電樁的充電效率在95%左右，因此無線充電效率依然有提升的控制。充電效率的提升也能夠縮短充電的時(shí)間。
對(duì)于無線充電、直流充電樁的充電效率的測(cè)試，一般可以采用對(duì)輸入端電壓電流和輸出端電壓電流進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出充電的效率。但是想測(cè)試的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，就必須保證在同一時(shí)刻對(duì)輸入和輸出端進(jìn)行測(cè)量。可以采用高精度的功率分析儀對(duì)充電樁進(jìn)行測(cè)試。
如果無線充電技術(shù)能夠很好的解決充電效率低、安全性、系統(tǒng)干擾等問題，相信在不遠(yuǎn)的時(shí)間內(nèi)，無線充電技術(shù)會(huì)逐漸替代目前主流的“有線充電樁”，會(huì)成為新能源行業(yè)一個(gè)新的發(fā)展機(jī)遇。 |
