无线充电:突破电动汽车瓶颈的“技术锦囊”

导语

随着无线充电技术的诞生,许多电动车支持者更偏向于这类充电方式,这项技术也有望成为突破电动汽车瓶颈的“技术锦囊”。

  全球目前共拥有大约64,000座电动车充电站,根据美国的一所研究机构Navigant Research预计,到2020年,电动车充电站的数量将增长到200,000座。其还预计,在未来10年中,充电站设备的销售额将增长10倍。

  不过,随着新技术无线充电的诞生,许多电动车支持者更偏向于这类充电方式。仅需将电动车停在装有感应充电板的地面上,电动车便可进行充电。相比线缆式充电的确便利了不少。

  早在一个世纪之前,尼古拉·特斯拉就进行了无线电力传输的试验。目前无线充电在智能手机和电动牙刷等小型电子产品中应用广泛。对于电动车来说,无线充电系统的构成包括埋在路面下的能够产生交变电磁场的感应线圈,车底部也需要一个与之对应的感应线圈,将磁场中的能量传递至电池中。

  无线充电大门开启

  预见到无线充电技术的普及趋势,SAE正在致力于更新其J2954无线充电标准,目前规定的无线充电频率为85kHz。

  近期在巴塞罗那举办国际电动汽车报道研讨会(International Electric Vehicle Symposium)上有报告指出非常看好无线充电的前景。高通公司位于英国的Halo(光环)业务部近两年基于85kHz无线充电频率标准进行了相关技术的研发,其目标在2016年年底前向多家汽车制造商供应这项技术。

  据高通公司业务开发和市场部副总裁Anthony Thomson描述,明年,国际汽联举办的电动方程式系列赛事中的赛车都将采用该公司研发的20千瓦无线充电技术。

  据称,英菲尼迪LE电动车(与日产聆风类似)明年也将配备无线充电技术,其感应极板系统将由WiTricity公司提供。

  ”无线充电技术潜力巨大”,沃尔沃电力推进系统部门副总裁Lennart Stegland表示:”无线充电是一项高效、便捷的能量传输技术。研究表明其安全性也非常高。”沃尔沃还指出,政府应尽快出台相关的法规用以完善无线充电制度。

  随着无线充电技术时代即将到来,各大零部件厂商与车企纷纷展开合作。例如WiTricity与德尔福及丰田的合作、Evatran与博世的合作、西门子与宝马合作。通用电气与电装也有相关技术合作。

无线充电:突破电动汽车瓶颈的”技术锦囊”

  研究人员正试图铺建一条”充电车道”

  ”充电车道”成为可能

  而在无线充电之上,如今一种基于该技术演变的新技术逐渐崭露头角,那就是可以在行驶途中充电的”Charging on the go”技术,也称动态无线充电技术。

  虽然无线充电技术还尚未大面积普及,业界对动态无线充电的技术已有所讨论。高通公司的Halo业务部与奥克兰大学目前研究的一个课题就是:今后利用行驶途中充电的方式建造一条特殊的”充电车道”,车辆根本无需停下,仅需在这条车道中行驶,便可将电池充满。

  目前沃尔沃瑞典测试场中的一条1/4英里长的车道路面下就埋着动态无线充电技术所需的相关感应系统。

  在韩国龟尾市(Gumi),韩国先进科技学院(Korea Advanced Institute of Science and Technology)正在一条长24公里的城市环路中测试动态无线充电技术,试验车队为12辆公交车。地下感应线圈用20kHz的频率和100千瓦功率,以85%的传输效率在170毫米的气隙间将能量传递给车辆。

  这项系统中采用由于采用了大功率感应线圈,因此其电流产生的磁场强度并不是很精确,甚至有时候会影响到汽车车身中其他的金属架构。该系统在为电动车提供便利的同时,也引发了安全问题。

  而奥克兰大学的方案则与上述方案相反,其采用小功率线圈,能够保证安全性和电力传输精确性。不过,要有效地为电动车进行动态充电则需要大量的小功率线圈,甚至需要在道路底下铺满。这显然会大幅增加建设成本和系统复杂度。

无线充电:突破电动汽车瓶颈的”技术锦囊”

  动态无线感应充电示意图

  新系统,动态无线感应充电

  以上的两种方案均有其优劣势,而美国Lukic大学和北卡州立大学的两位博士生Zeljko Pantic和Kibok Lee发明了一种综合以上两种方案的新方法。系统中采用多个分段线圈,每段线圈均具有一定强度的磁场。将这些分段线圈串联后,则能产生相同强度的电流。

  车载接收线圈的尺寸与路面下的发射线圈相同,以提供最佳的传输效率。系统利用快速响应线圈实现共振效应,从而让传输功率提升了400%。

  不过,研究者解释道,只有在两端的线圈完全对齐时才能达到最大传输效率,也就是说,大部分情况下该系统对电动车的充电效率会小打折扣。

  Lukic和他的团队目前制造了一个功率为0.5千瓦的原型动态无线感应充电系统。其下一步将把系统功率提升至50千瓦左右。

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