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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