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無線充電綜述:發(fā)展歷程、技術(shù)方式、主要企業(yè)...

2018-01-18 15:21:59 賽迪智庫(kù)   點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
一、無線充電帶來變革目前各類電動(dòng)汽車的充電方式主要以充電站、充電樁或更換電池的模式為主,雖然全球充電站和充電樁的建設(shè)速度日益加快,
一、無線充電帶來變革
 
目前各類電動(dòng)汽車的充電方式主要以充電站、充電樁或更換電池的模式為主,雖然全球充電站和充電樁的建設(shè)速度日益加快,但仍然無法匹配電動(dòng)汽車快速增長(zhǎng)的需求,成為了制約電動(dòng)汽車發(fā)展的最大瓶頸之一。
 
WCT作為一種新興的充電技術(shù),相比于傳統(tǒng)充電技術(shù),具備可靠性高、安全性高、空間利用率高、單位投資效益高、建設(shè)時(shí)間短、使用與管理便捷等優(yōu)勢(shì)。
 
一是可靠性高。傳統(tǒng)有線充電站模式在惡劣天氣使用非常不便,充電設(shè)備易受環(huán)境影響產(chǎn)生積塵老化等問題,后續(xù)設(shè)備維護(hù)難度高成本大。而無線充電可以采取密封安裝與無接觸使用,可在惡劣天氣條件下進(jìn)行使用并提高了可靠性。
 
二是安全性高。電動(dòng)汽車無線充電沒有外露的連接器,徹底避免漏電、跑電等安全隱患,保障人身安全。
 
三是空間利用率高。由于無線充電設(shè)備貼近地面安裝,甚至可以埋入地下,在相同建設(shè)面積情況下,可植入的充電設(shè)備數(shù)量更多,增加了充電站空間利用率。
 
四是單位投資效益高。2000萬(wàn)投資,有線充電僅能提供4-8個(gè)停車位,支持40輛左右大巴,而無線充電可建造80個(gè)停車位,支持400輛大巴,或1000輛左右乘用車停車位。
 
五是建設(shè)時(shí)間短。相比于一個(gè)有線充電站需要約6個(gè)月時(shí)間建設(shè),無線充電僅需一個(gè)月,其中包含兩周水泥凝固時(shí)間。
 
六是使用與管理便捷。無線充電設(shè)備簡(jiǎn)化了充電流程,可以配合網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無人化管理,無需專業(yè)人員值守,將來更可以配合自動(dòng)駕駛與車聯(lián)網(wǎng),在方便了用戶的同時(shí)也降低了充電站的運(yùn)營(yíng)成本。
 
二、無線充電發(fā)展歷程
 
最早提出WCT設(shè)想的是尼古拉•特斯拉(Nikola Tesla)。1890年,特斯拉提出:把地球作為導(dǎo)體,在地球與電離層之間建立起低頻共振,利用環(huán)繞地球的表面電磁波來遠(yuǎn)距離傳輸電力。1901年,特斯拉嘗試建立瓦登克萊弗塔(Wardenclyffe Tower)。這其實(shí)是一個(gè)大功率的無線發(fā)射塔,按照特斯拉的設(shè)想,它可以向大西洋對(duì)岸傳送電話、廣播,甚至無線輸電。由于缺乏足夠資金,特斯拉的嘗試以失敗告終。但人類對(duì)WCT的研究并未就此終結(jié)。在隨后的幾十年中,經(jīng)過不斷的研究與改善,WCT逐漸普及推廣。
 
20世紀(jì)60年代初期,雷神公司(Raytheon)做了大量的無線充電研究工作,從而奠定了無線充電的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),使這一概念變成了現(xiàn)實(shí)。
 
2007年6月,麻省理工學(xué)院(MIT)的Marin Soljacic帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在美國(guó)《科學(xué)》雜志的網(wǎng)站上發(fā)表了研究成果,團(tuán)隊(duì)利用電磁共振器和電源隔空點(diǎn)亮了一盞2 m 開外的60 W 電燈泡。這項(xiàng)技術(shù)最遠(yuǎn)傳輸電能距離為2.7m,但研究者相信,電源已經(jīng)可以在這范圍內(nèi)為電池充電。而且只需要安裝一個(gè)電源,就可以為整個(gè)屋里的電器供電。
 
三、無線充電技術(shù)方式
 
WCT簡(jiǎn)單來說是將電能轉(zhuǎn)化為可無線傳播的能量形式并發(fā)射出去,然后再在接收端將接收到的能量轉(zhuǎn)化為電能,從而實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸,并進(jìn)一步將電能存儲(chǔ)到電池內(nèi)實(shí)現(xiàn)充電。
 
WCT可以分為四種類型,第一類是通過“電磁感應(yīng)”(MI)磁耦合進(jìn)行短程傳輸,第二類是將電能以電磁波“射頻”或非輻射性諧振“磁場(chǎng)共振”(MR)等形式傳輸,第三類是將電能以微波的形式無線傳送,即“無線電波”形式,第四類則是“電場(chǎng)耦合”方式。
 
電磁感應(yīng)式WCT,是利用電磁感應(yīng)的原理,通過線圈間的感應(yīng)耦合作用使能量從發(fā)射線圈轉(zhuǎn)移到接收線圈,從而實(shí)現(xiàn)短距離的無線電能傳輸,類似于變壓器的原理。電磁感應(yīng)式WCT的主要優(yōu)勢(shì)在于工作頻率一般為幾十KHz,輸出功率大、效率高。磁感應(yīng)能量耦合一般會(huì)采用鐵氧體磁芯,能夠大大提高線圈間耦合系數(shù),提高無線傳輸效率。缺點(diǎn)是對(duì)位臵敏感度特別高,需要原邊側(cè)和副邊側(cè)距離貼近且位臵高度對(duì)準(zhǔn),傳輸距離較近,一般為幾mm 到數(shù)十cm 距離。
 
磁場(chǎng)共振式WCT,同樣采用電磁感應(yīng)原理,不同之處在于發(fā)射與接收線圈采用諧振方式工作。將發(fā)射線圈的工作頻率與接收線圈的諧振頻率調(diào)節(jié)一致,形成共振,可以在接收線圈中產(chǎn)生電流,實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。磁場(chǎng)共振式WCT的主要優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)距離傳輸,能夠達(dá)到幾cm至幾m;對(duì)于線圈對(duì)位精度要求不高,有助于充電設(shè)備建設(shè);發(fā)射裝臵與接收裝臵都可以采用密封結(jié)構(gòu),對(duì)于惡劣環(huán)境的可靠性與適應(yīng)度很高。缺點(diǎn)是損耗很高,距離越遠(yuǎn),傳輸功率越大,損耗也就越大,必須對(duì)使用的頻段進(jìn)行保護(hù)。
 
無線電波式WCT,主要由微波収射裝置和微波接收裝置組成。接收電路可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量,在隨負(fù)載作出調(diào)整的同時(shí)保持穩(wěn)定的直流電壓。
 
電場(chǎng)耦合式WCT,利用通過沿垂直斱向耦合的兩組非對(duì)稱偶極子而產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)來傳輸電能,其基本原理是通過電場(chǎng)將電能從収送端轉(zhuǎn)移到接收端。
 
無論哪種類型,其實(shí)都是為了解決一個(gè)問題:充電便利性。綜合來看,電磁感應(yīng)式與磁場(chǎng)共振式是目前最為合適的WCT,目前正在進(jìn)行無線充電研發(fā)的車型幾乎都使用此兩種技術(shù)。
 
電動(dòng)汽車采用電磁感應(yīng)式或磁場(chǎng)共振式其構(gòu)型基本一致,將充電電纜和反射線圈埋設(shè)在停車位組成供電機(jī)構(gòu),當(dāng)車輛駛?cè)胪\囄唬惭b在車輛底部的接收線圈與發(fā)射線圈重合,車輛與充電服務(wù)器建立通訊開始充電,發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng),接收線圈產(chǎn)生電流通過逆變器將電能傳遞到電池。
 
四、當(dāng)前研發(fā)無線充電的主要企業(yè)
 
從技術(shù)路徑而言,目前正在進(jìn)行無線充電研發(fā)的車型幾乎都使用電磁感應(yīng)式或磁場(chǎng)共振式WCT。
 
采用電磁感應(yīng)式的企業(yè)主要有寶馬、奔馳、奧迪、沃爾沃等。
 
寶馬在2017年9月宣布,2018款530e混動(dòng)汽車將配有無線充電系統(tǒng)配件。寶馬汽車的無線充電系統(tǒng)由一個(gè)可以安裝在車庫(kù)的集成初級(jí)線圈基座構(gòu)成,車庫(kù)的上層可以安裝一個(gè)次級(jí)線圈。在兩個(gè)線圈之間產(chǎn)生交變磁場(chǎng),電力以高達(dá)3.2kW的充電速率進(jìn)行無電纜傳輸。具體使用時(shí),客戶只要將車停于充電板上后熄火,無線電充電功能將自動(dòng)啟動(dòng)。寶馬530e搭載9.4千瓦時(shí)電池,大概需要3.5個(gè)小時(shí)就可以充滿,充電速度比3.7 kW的車載充電器要慢一些,僅供2018款寶馬530e在電動(dòng)模式下能行駛16英里(26公里)。
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責(zé)任編輯:lixin

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