漫谈电动汽车无线充电技术.docx

漫谈电动汽车无线充电技术提到无线充电，人们的第一反应往往是早期的HP Palm和诺基亚Lumia,但随 着科技不断发展，无线充电早已不再局限于小型电子设备，以高通为代表的IT巨 头和电动汽车产业大鳄们争相投入电动汽车无线充电技术研发，各类新型感应方案 实现商用，车主只需将汽车停靠在特定区域即可通过电磁传导完成充电。而不久的 未来，都市马路或将出现感应装置，令电动车边跑边充电，真正实现无线感应、动 力不竭。文,朱则刚近年来，电动汽车和混合动力新能源车技术日益成熟，为人们购车提供了更为 低碳、环保的选择，然而电动汽车最大的弱点，在于其一次充电持续行驶距离较 短。随着电动汽车实用化前景日益清晰，汽车电池开发方向也在逐渐发生变化，快 速充电成为新的发展趋势-5分钟如能充电80%,即可很好地满足日常应用。而重视 低成本化和长寿命化，降低电池成本，最常用的解决方法是提高电池的能量密度， 降低单位容量的成本。受上述因素推动，电动汽车充电基础设施的建设，近年开始 在世界各国升温。巨头逐鹿电动汽车无线充电美国Better Place公司正积极准备在以色列、丹麦、奥地利、加拿大等地建 设充电基础设施。日本汽车厂商中，日产表现最为踊跃，除了追求锂离子充电电池 极限性能的技术开发外，还将推进超越锂离子充电电池的革新性电池系统的开发。电动汽车专用快速充电器的开发也在不断推进。HASETEC与东京电力共同开发 出快速充电器，并进入销售阶段。电动汽车的快速充电器可以设置在住宅公寓、公 司停车场、公共设施及购物中心等多种场所，随时随地满足人们的充电需求。然而，相比一位美国发明家提出的“能在行驶途中给汽车充电”的方法，以上 方案显得“弱爆了”。这种被称为“远距离充电”的解决方案，以无线传输方式充 电，就像人们在汽车里使用蜂窝电话一样，电能被转化成特殊的激光束或微波束， 实现电池能量补给。目前，很多跨国企业使用的技术都能做到这一点。以沃尔沃为例，其C30电动 车是沃尔沃DRIVe绿色驾控战略的一个重要组成部分，其向欧洲指定客户交付了首 批250辆电动车，并启动了电动车感应式充电研究。这种感应式充电是解决电动汽车充电的未来智能方案。电动汽车充电不再需要 电源插座或充电电缆，利用感应充电法，电能通过埋在路面下的充电板，而无线传 送给汽车蓄电池，实现从路面直接给汽车充电。电动车感应式充电技术可以极大地降低充电时间，在车上加装无线感应充电装 置，在蓄电池完全放电的情况下，埋在路面的充电板可以通过无线传输方式为24 千瓦时大小的汽车蓄电池组完全充电，预计仅用1小时20分钟即可完成作业。无独有偶，美国富尔顿创新公司推出了世界上第一辆通过无线方式充电的特斯 拉汽车。在电动汽车无线充电领域，通过领先科技解决方案，只要将车停到相应充 电区域里，即可实现电动汽车自行充电，而不再需要插入式充电桩和充电站。目 前，该公司充电系统已经可以实现在20厘米距离范围内提供3. 3千瓦的充电，并 且保持90研勺电源利用率。此后，多家巨头竞相加速无线感应充电技术研发，且逐步取得实质性进展。英国：IPT技术进入量产英国研究人员开发的一种新型无线充电系统，可以利用其最新感应式电能传输 技术，成功实现新一代电动汽车完全无线充电。面向无线充电电动车提供感应式电能传输(IPT)系统的全球领先企业英国HaloIPT公司日前宣布，该公司已经达成了两项新战略合作关系，推动1PT充电技术进入量产阶段。感应式电能传输技术利用感应电荷原理，用磁场代替电缆来诱导电力。其电源 板埋藏于沥青道路之下，即可完成电动车的无线充电。值得强调的是，其电源板不 用暴露在外，既可以得到有效保护，减少磨损，又不会受到恶劣天气的影响。HaloIPT公司的充电系统支持更大的横向感应范围，这意味着汽车的电能接收 垫并不需要置于电源传输板的绝对正上方。这种新型无线充电系统是将无线充电垫 嵌入地下停车场和街道之中，只需要在汽车装上电能接收器垫，即可进行无线充 电。电感充电也可以在街道上进行一这意味着电动车可以在停泊或等待交通灯时进 行充电。而安置在各种道路上的无线充电垫，更打造了令电动汽车”在移动中充 电”的美妙愿景。这种灵活的移动充电技术，是解决当前电动车续航里程问题的最 有效方法，将大大降低车主对电池型号的要求。感应式电能传输系统的主电源由交流电提供，用于给一个集总圈提供电压，电 流范围为5安培，125安培。由于集总圈是感应式的，必须利用串联或并联电容器 来减小供电电路中的工作电压和工作电流。电能接收垫线圈与主电源线圈通过磁性 相连，通过调节接收垫线圈的工作频率，使其与配有串联或并联电容器的主电源线 圈相一致，从而实现电能传输。人们可以通过一个开关控制器，对电能传输进行控 制。有了感应式电能传输系统，汽车驾驶员无需担心忘记为电动汽车充电。最新技 术的无线充电垫可以在沥青下、水下、冰雪层中工作，并对泊车移位具有良好的耐 受性。经过配置，该系统还可以为小型城市汽车、重型货车、公共汽车等各种路面车 辆提供动力。由于支持更大的横向感应范围，该系统还可以提供一个长达15英寸 的充电距离，甚至具有识别能力，譬如，其可以应付干扰充电过程的小东西（如小 猫来自W'ww. Iw3u. Com小狗）。基于这一技术，通过嵌入无线充电系统的高速公路 进行充电，将成为电动汽车的未来发展方向。日本:非接触充电系统技术在日本，日产汽车公司亦推出了无需连接电线的“非接触充电系统技术”该装置的额定输出功率为10KW, 一般的电动汽车可在7, 8小时内完成充电。口产汽车希望在新一代电动汽车上选配非接触充电系统，并考虑设置家庭用 3KW级系统。这将使汽车充电变得更便捷，大大有利于电动汽车的推广与普及。 丰田亦投入巨资开发非接触充电技术，其非接触充电技术能以无线传输方式为EV 和PHEV充电，无需使用电线。这样就只需将车停在停车场的规定位置，便可进行 充电，或者可在高速公路特别设置的“充电车道”上边行驶、边充电。当前，很多日企都在大力开发这种可大幅提高EV和P1IEV便利性的非接触充电 技术。该技术包括电磁感应方来自WwW. Iw5u. Com式、微波传输方式以及磁共振 方式等。其中，走在开发最前沿的是电磁感应方式。电磁感应方式可利用与变压器相同的原理，进行电力无线传输。与变压器的不 同之处是，为延长无线传输距离，电磁感应方式需加大线圈尺寸，加载高频电流。 电磁感应方式需要一次线圈（供电侧）和二次线圈（受电侧）的位置高度吻合，如果位 置偏移，充电效率就会大幅降低。该充电方法支持将供电线圈埋入停车场或路沿路 面内，然后将车停在上面，在车辆静止状态下进行充电。日产公司的系统即是利用 50cm见方的线圈，在60cm距离、10cm偏差以下的位置条件下使用。磁共振方式的原理则是提前准备好两个以相同频率共振的共振电路，利用这两个电路间产生的共振现象来传输电力。在送电侧的电路上加载具有共振频率的交流 电后，电路周围的磁场会产生振动，振动传达到受电侧电路后，会在受电侧电路中 产生电流。磁共振方式与电磁感应方式相比，即使送电侧和受电侧之间的距离变 长，也能够高效传输电力。另外，送电侧和受电侧的位汽吻合精度也没有电磁感应 方式要求的那么严格。丰田看中的正是这一特点。美国:谷歌布局无线充电桩将视线转向谷歌公司，人们关注的焦点是其开发的位于充电车底盘下的无线充 电桩。这个充满科幻色彩、神似按键的小装置抛弃了普通电动汽车充电时所必须的 充电桩、电源插座，甚至电线，取而代之的是隐藏在地下的电源和变压器，装有特 殊装置的电动汽车只需接近充电区域，就可以通过感应式充电装置对电动车电池进 行充电。目前德国、日本等国都在积极探索相关技术的实际运用，而阻碍无线感应式充 电技术大规模运用的瓶颈，主要是电磁兼容性(EMC),因为无线充电会产生强大的 磁场。当电动车停在无线充电装置上时，对移动电话等小型电器会产生一定干扰， 而当人或动物位于电动车和充电装置之间时，有可能会受到电磁伤害。其实，业界普遍认为无线充电的安全性高于传统有线充电。因为没有了外露连 接器，可以彻底避免漏电、跑电等安全隐患。此外，该技术已在净水器领域应用多 年，安全性得到了 36个国家的验证，其辐射对人体和环境的影响并不明显。美国能源部正在与谷歌、国家可再生能源实验室合作，以确定在全国各地建立 充电站。美国国家可再生能源实验室将和谷歌合作推出一个囊括全美电动汽车充电 站和充电桩的权威数据库。通过该数据库，电动车驾驶者能够根据谷歌地图确定位 置，找到最近的电动车充电站。美国能源部注意到这种创新能够减去安装固定充电 装置的麻烦，希望相关技术在电动汽车领域得到实际运用。目前，谷歌已设置了 200个充电站，并即将设置另250个充电站。谷歌的目标 是让5%的园区都设有电动车充电站，方便谷歌员工为自己的电动车进行充电。由 于这项充电站设比计划，越来越多的谷歌员工决定购买电动车。据悉，为了响应环 保政策，谷歌曾在2007年购买丰田Priuses、福特Escapes等使用大型充电电池 的电动车。而其目前打算扩大谷歌汽车分享计划，使之覆盖30多款汽车。韩国:为汽车无线充电的公路电动汽车无线充电的技术原理大同小异，但各国应用进程不尽相同。韩国高等科学技术学院的研究人员打造出了可以为电动汽车无线充电的公路， 将汽车移动充电的理论设想变成了现实一一电动汽车不用到充电站去充电，完全实 现了一边在公路上行驶，一边通过公路下面埋设的电线获得能量。充电公路上(电 动车所使用的电池体积，只是传统电动车电池的五分之一，而且不需耍长时间充 电。韩国研究人员选择在游乐园内铺设400米长的充电公路，特制的电动观光汽车 或电动私人轿车经过该路段时，汽车底部的仪器就会通过电磁感应充电法，从埋在 路面下的金属条获取电能。该仪器接着会用电能来驱动车辆，多余的电能则储存在 电池内。由于一边行驶一边充电，这种电动汽车又被称为“在线电动汽车(0LEV)” .虽然同样基于电磁感应原理，但充电公路不会带来电磁污染。公路上的电动汽 车集电效率很高，最高可达62千瓦，效率为74%。而充电公路的电磁波很弱。经 过测试，带动车厢的动力车头电磁波在50亳高斯以内，运行中的车厢，内部电磁 波在20毫高斯以下，都低于国际容许的电磁波安全基准值62. 5毫高斯。专家表 示，充电公路发射的电磁波相当于以电壶煮咖啡，十分安全。而研究人员表示，只 需把韩国现有公路的20%改建成充电公路，电动汽车就可以畅行无忧，充电费用可 以按照行驶里程进行计算一在全球所有电动车充电系统中，这可谓最具经济效益的 系统，其营运成本只是一般电动车充电系统的三分之一。随着首尔市政府承诺投资200万美元建设无线充电汽车的公路充电系统，首尔 市内现有的9000辆以汽油为燃料的公共汽车，将以每年1000辆的速度逐步退出市 场。综上所述，随着电动车迅猛发展，在新能源汽车中的地位日益稳固，到2015 年，我国纯电动车保有量将实现百万辆级。而电动车的大规模推广，将进一步推动 新型无线充电技术蓬勃发展，从而形成良性循环，提高电动车普及率。