为EV无线充电(一):磁共振方式接连发布

2011-08-31 19:09:11来源: 技术在线

  昭和飞机工业正在开发为电动汽车(EV)和电动巴士等供应大容量电力的无线供电系统。本文将介绍以巴士为中心推进的在行驶中供电的无线充电系统。

  目前电动汽车(EV)大部分都采用接触式充电器,但接触式充电器用起来有诸多不便。使用家用电源的普通充电器虽然不太难用,但快速充电器则存在着连接器既大又重,而且难插拔等操作方面的困扰。此前也有致力于提高操作性的产品,例如采用美国SemaConnect公司自动充电器和本田机器人手臂的充电器等,但这些产品都会增加成本。

  另外,接触式充电器还存在安全和维护方面的问题。安全方面,虽然一般不会发生触电和漏电等现象,但用户在雨中插入连接器时会有担心。维护方面,由于接点会出现污渍和磨耗等,需要频繁进行检查和部件更换等作业。

  与此相比,非接触式无需进行线缆的插拔操作,充电时的安全性方面问题更少,还能降低维护需要的成本(图1)。因此,昭和飞机工业目前正开发即便在雨中也可安全充电的非接触式充电系统。

 
图1:非接触式充电方便使用
非接触式无需线缆插拔操作,除了安全性出色外,还可降低保养成本。

汽车用途有三种方式

  提起无线供电系统,一般会被误认为是插座厂商的工作,但我们认为它是充电器厂商的工作之一。汽车用途的无线供电并非像家用插座那样通过交流(AC)传输交流(AC)电力,而是整流AC转换为直流(DC)后,向远处供电(图2)。


图2:无线供电系统本身就是充电器
无线供电系统可以说是向远处位置供电的充电器。

  面向汽车用途的无线供电大致有三种方式:①电磁感应方式、②电波方式、③磁共振方式(表1)注1)。其中①利用的是线圈间产生的电磁感应的方式。从19世纪开始就存在,是已经成熟的技术。特点是从微小电力到100kW以上的大电力均可高效传输,已经实际应用于多种设备。不但在汽车用途方面推进了开发,在轻轨等方面也有很多开发事例。电磁感应方式有使一次线圈和二次线圈正相对的静止式充电系统和配备移动一次线圈供电位置的轨道的移动式充电系统(图3)。


 
图3:电磁感应方式大致可分为静止式和移动式
有线圈之间正相对的静止式和可延伸一次线圈作为供电线的移动式。

  注1)此外,还有村田制作所等开发的电场耦合方式。

  静止式方面,三洋电机已经面向任天堂的家用游戏机“Wii”销售可无线供电的底座与充电电池套件。移动式方面,加拿大庞巴迪(Bombardier)的Transportation部门开发出了在供电线上一直供电的电车用无线供电系统,2010年11月开始在德国推进实用化。

磁共振方式的发布接连不断

  ②的电波方式为接收微波等电波,与天线合为一体的整流电路直接将电波转换为直流。通过缩小电波的波束,可实现长距离大电力传输。从宇宙空间的人造卫星向地面供电的太阳能发电卫星(SPS)计划目前正在日美两国之间进行讨论。

  在汽车领域,三菱重工业在新能源产业技术综合开发机构(NEDO)的协助下,开发出了微波充电系统。采用与微波炉相同的2.45GHz电波发生装置“磁控管”,可经由“整流天线”向车辆地板下方传输1kW的电力。不过,目前电力传输效率还不高。

  ③的磁共振方式方面,2007年6月美国麻省理工学院(MIT)发布了利用共振电路之间的共振现象,向2m远的距离传输60W电力的无线供电系统。之后,众多企业和研究机构等相继进行了发布。

  关于最让人关注的效率问题,美国WiTricity在输出功率为3.3kW、传输距离为20cm的情况下使综合效率达到了90%。此外,长野日本无线在输出功率为1kW、传输距离为30cm的情况下,使功率放大器和电池间的效率实现了88% 注2)。

  注2)本文中的无线供电系统的“效率”在没有特别标注时指线圈间的电力传输效率。

关键字:无线  无线充电  充电  磁共振

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0831/article_4307.html
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