6
| 本文作者： 小鵬汽車(chē) | 2015-11-18 18:40 |
【編者按】本文作者為小鵬汽車(chē)團(tuán)隊(duì)工程師。
無(wú)線(xiàn)充電的歷史要追溯到1901年。尼古拉·特斯拉在紐約長(zhǎng)島建立了無(wú)線(xiàn)充電塔——沃登克里夫塔進(jìn)行無(wú)線(xiàn)輸電試驗(yàn)，雖然項(xiàng)目以失敗告終。
一個(gè)世紀(jì)之后，無(wú)線(xiàn)充電的研究迎來(lái)了新的源動(dòng)力，應(yīng)用范圍也非常廣泛——小到電動(dòng)牙刷、遙控器、智能手機(jī)，大到電動(dòng)汽車(chē)、石油鉆塔。行業(yè)巨頭豐田、日產(chǎn)、沃爾沃、英特爾和三星等，都紛紛加入到了研發(fā)行列。在國(guó)內(nèi)，北京正在研究在部分微循環(huán)公交車(chē)上采用無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)。鄭州、云南等地也即將引入無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)，成都、襄陽(yáng)等地已開(kāi)通無(wú)線(xiàn)充電運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路。
無(wú)線(xiàn)充電的原理
無(wú)線(xiàn)充電可以分為四種方式：
1、電場(chǎng)耦合式；2、電磁感應(yīng)式；3、磁場(chǎng)共振式；4、無(wú)線(xiàn)電波式。
電場(chǎng)耦合方式和無(wú)線(xiàn)電波這種方式的傳輸功率較小，目前還沒(méi)有在電動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用。電動(dòng)汽車(chē)用無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)主要采用電磁感應(yīng)式和磁場(chǎng)共振式。
電磁感應(yīng)式，初級(jí)線(xiàn)圈一定頻率的交流電，通過(guò)電磁感應(yīng)在次級(jí)線(xiàn)圈鐘產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端。使用時(shí)要求兩個(gè)設(shè)備的距離必須很近，供電距離控制在0mm～10cm左右，而且充電只能對(duì)準(zhǔn)線(xiàn)圈一對(duì)一進(jìn)行。電磁感應(yīng)式無(wú)線(xiàn)充電的能量轉(zhuǎn)換率高，傳輸功率范圍較大，能從幾瓦到幾千瓦。
磁場(chǎng)共振式，原理與聲波共振類(lèi)似，只要兩個(gè)介質(zhì)具有相同的共振頻率，就能夠傳遞能量。這種方式的充電距離在電磁感應(yīng)式與無(wú)線(xiàn)電波式之間，優(yōu)點(diǎn)是傳輸功率較大，能夠達(dá)到幾千瓦，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行充電，不要求兩個(gè)設(shè)備之間線(xiàn)圈對(duì)應(yīng)；缺點(diǎn)就是損耗很高，距離越遠(yuǎn)，傳輸功率越大，損耗也就越大，最麻煩的是必須對(duì)使用的頻段進(jìn)行保護(hù)。
電動(dòng)汽車(chē)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(xiàn)圈埋設(shè)在停車(chē)位組成供電機(jī)構(gòu)，當(dāng)車(chē)輛駛?cè)胪＼?chē)位，安裝在車(chē)輛底部的接收線(xiàn)圈與發(fā)射線(xiàn)圈重合，車(chē)輛與充電服務(wù)器建立通訊開(kāi)始充電，發(fā)射線(xiàn)圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，接收線(xiàn)圈產(chǎn)生電流通過(guò)逆變器將電能傳遞到電池。如下圖所示：
目前無(wú)線(xiàn)充電的方式采用電磁感應(yīng)式的居多，以寶馬奔馳為代表，目前在部分車(chē)型上進(jìn)行驗(yàn)證，電磁感應(yīng)式的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，傳輸功率較大。
但對(duì)接收線(xiàn)圈和發(fā)射線(xiàn)圈需要對(duì)齊，為了保證對(duì)齊準(zhǔn)確一般與自動(dòng)泊車(chē)相結(jié)合來(lái)保證正常充電。相比歐洲廠(chǎng)家，日系車(chē)輛更傾向于磁共振式無(wú)線(xiàn)充電，磁共振方式傳遞的效率更高，傳遞距離遠(yuǎn)且對(duì)感應(yīng)線(xiàn)圈可以不需要對(duì)齊要求不高，但技術(shù)復(fù)雜，且容易造成輻射可能帶來(lái)電磁傷害。
下表為國(guó)內(nèi)外廠(chǎng)家無(wú)線(xiàn)充電的技術(shù)方向。
2014年7月，奔馳和寶馬聯(lián)合宣布要合作研發(fā)電動(dòng)車(chē)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)。奔馳表示將基于全新S級(jí)進(jìn)行測(cè)試，而寶馬則計(jì)劃率先應(yīng)用在i8身上。雙方表示將在未來(lái)2-3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。奧迪無(wú)線(xiàn)充電跟奔馳寶馬的功能類(lèi)似，但奧迪更高明之處在于這套設(shè)備可自動(dòng)升降，以提高充電效率，因?yàn)閭鬏旊娏Φ男矢╇娋€(xiàn)圈和受電線(xiàn)圈的距離成反比，即線(xiàn)圈距離越近充電效率越高。
（BMW的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)）
（奧迪可伸降無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)）
日系車(chē)輛方面， 豐田公司2014年也加入無(wú)線(xiàn)充電的行列，由于無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)對(duì)位置要求高，豐田專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一套泊車(chē)輔助功能，可在中控顯示屏上顯示發(fā)射線(xiàn)圈的位置，供司機(jī)停車(chē)時(shí)瞄準(zhǔn)。本田的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)采用磁場(chǎng)共振式，當(dāng)發(fā)射端和接收端有著相同的共振頻率，就能傳遞能量。據(jù)本田宣稱(chēng)，只要有80%的面積重合，就可以為車(chē)輛充電。因此對(duì)于位置要求相對(duì)低，且支持一對(duì)多充電。
（豐田無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)）
爭(zhēng)議中發(fā)展，前景無(wú)限
從無(wú)線(xiàn)電能傳輸被發(fā)明以來(lái)一直就爭(zhēng)議不斷，通古斯大爆炸很多人都懷疑是特斯拉進(jìn)行無(wú)線(xiàn)輸電試驗(yàn)導(dǎo)致的。同樣無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在電動(dòng)車(chē)推廣也存在爭(zhēng)議，傳統(tǒng)汽車(chē)廠(chǎng)對(duì)無(wú)線(xiàn)充電大多充滿(mǎn)熱情，但Tesla Motors卻似乎對(duì)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)并不感冒，特別是CEO伊隆·馬斯克認(rèn)為無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)和超級(jí)充電站相比，無(wú)線(xiàn)充電屬于一種“低效且低能”的充電方式。
總結(jié)反對(duì)的原因主要出于3個(gè)方面：
1. 充電效率不高，峰值效率為90%左右，而傳統(tǒng)充電的效率在95%左右；
2. 傳遞功率不夠大，以目前的技術(shù)大多數(shù)傳遞功率一般在10kw以下，在電動(dòng)車(chē)輛上無(wú)線(xiàn)充電一般為慢充，這個(gè)功率是滿(mǎn)足需求的，另外隨著技術(shù)發(fā)展這個(gè)功率也會(huì)不斷提升；
3. 安全性問(wèn)題，車(chē)輛無(wú)線(xiàn)充電主要采用電磁方式，存在輻射泄漏的問(wèn)題。
同樣，無(wú)線(xiàn)充電的優(yōu)勢(shì)也十分明顯，尤其是公共場(chǎng)所停車(chē)場(chǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)會(huì)非常明顯：
1. 充電設(shè)備占地小、充電便利性高；
2. 充電設(shè)施可無(wú)人值守、后期維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)；
3. 在相同的占地面積下，相比于傳統(tǒng)的充電樁充電，使用無(wú)線(xiàn)充電可以充電的電動(dòng)車(chē)數(shù)量有所提升，增大了空間利用率。
從無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)在消費(fèi)電子領(lǐng)域日漸崛起的態(tài)勢(shì)來(lái)看，這項(xiàng)新技術(shù)在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)對(duì)也會(huì)高速發(fā)展， 而電動(dòng)汽車(chē)的走俏也為無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)開(kāi)辟了新的市場(chǎng)商機(jī)。汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)SAE在咨詢(xún)了汽車(chē)制造商、無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)公司以及電力供應(yīng)商之后，確立了未來(lái)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電服務(wù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即輸出功率≤20kW，運(yùn)行頻率85kHz。
第一批搭載符合該標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)充電器的車(chē)型預(yù)計(jì)將于2017或2018年面世。
結(jié)語(yǔ)
科技改變生活，無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)作為一種炫酷、便捷的充電方式也會(huì)逐漸在電動(dòng)汽車(chē)搭載應(yīng)用，我們也會(huì)密切的關(guān)注無(wú)線(xiàn)充電的發(fā)展動(dòng)態(tài)，期望無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)能夠在的不久的將來(lái)能夠普及。
參考資料
1. http://www.d1ev.com/37970.html
2. http://news.bitauto.com/electron/20150314/1306515405-1.html
3. G.B.Joung, B.H.Cho. An energy transmission system for an artificial heart using leakage in -ductance compensation of transcutaneous tran -sformer[J].IEEE Trans.Power Electronics,1998, 13(6): 1013–1022 .
4. 王秩雄，王挺，喬斌．無(wú)線(xiàn)輸電技術(shù)與衛(wèi)星太陽(yáng)能電站的發(fā)展前景[J]．空間電子技術(shù)，2006，3(2)：6–12．
5. 王任，曲衛(wèi)迎.無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)及其在電動(dòng)汽車(chē) 上的應(yīng)用初探[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010，（29）： 59
6. Fumiaki Nakao,Yoshio Matsuo,Mikio Kitaoka, et al. Ferrite core couplers for inductive cha -rgers[A].Proceeding of the Power Conversio -n Conference[C].Osaka,Japan,2002,2: 850–8 54.
雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見(jiàn)轉(zhuǎn)載須知。
