电动汽车无线充电技术哪家强?多数在路上

2015-05-17 20:21:47来源: 互联网
    现在大家手里的电子小玩意很多,时不时就有同事跑一圈借各种充电器的情况。对于电动车这样的大家伙,目前由于各家厂商标准不一,实际上也是各种接口并存,那么有没有比同一接口标准更方便的方法来给多种电动车充电呢?这就是我们今天说到的无线充电技术

  Q1:无线充电有哪些方式?原理是什么?

  A:常见的有感应式,共振式和微波传输式等形式,都利用电磁感应原理

  实际上现在划分的无线充电类型有好些种,比如感应式、共振式、微波传输式等等,不过总体来说,它们的基本原理都是一样的,就是利用交变电磁场的电磁感应,来实现能量的无线传输

  

  感应式的无线电能传输算是目前比较成熟的技术,很多手机无线充电、甚至我们常见的电磁炉就是利用的这种原理。由于数码设备空间小,接收线圈也小,加上充电设备功率小,所以通常充电的距离近(甚至需要与充电座接触),不过相对电磁辐射也小。

  

  

  共振式则是著名的麻省理工目前在开发的一类充电技术,说起来也不复杂,他们利用电磁感应现象,加上共振的原理,能够提升无线充电的效率,共振传输的距离比普通感应式更远一些,而麻省理工目前正在进行小型化的研究——对于车长好几米的电动车来说,这方面的技术压力倒不是太大。

  

  

  微波传输此前更多出现在科幻电影或者小说里面,实际上它也是无线电力传输的一个很好的方式,只不过受到发送功率等方面的限制,并未大规模实用化。微波传输的最大好处就是传输距离远,甚至可以实现航天器与地面之间的能量传输,同时还可以实现定向传输(发射天线有方向性),未来前景值得期待。

  

  Q2:无线充电的好处有哪些?

  A:不需要携带电缆,利于多种接口标准的统一

  无线充电的第一个好处就是,没有线了,看起来像是废话,但是想想那些到处找充电器或者数据线的同学们,这样实实在在的好处一点都不是废话。另外,无线充电在硬件方面的标准更容易统一,毕竟说服各家厂商把有线充电的接口都统一并不容易——在手机这方面就比较明显,各家的充电器都不太一样,但是无线制式却只有那么几种。

  Q3:有待解决的问题有哪些?

  A:传输效率,电磁兼容都是实现工程化需要解决的问题

  传输效率是所有无线充电都面临的问题,对于电动车这样充电功率更大的“电器”来说更是如此——电能首先转换为无线电波,再由无线电波转换成电能,这两次转换都会损失不少的能量——这与本身就是绿色、环保的电动车来说,似乎显得有些格格不入。

  电磁兼容也是无线充电需要解决的技术瓶颈之一,众所周知,电磁波很容易产生泄漏,当大功率的车用无线充电设备运行时,也会对周围的生物和电子设备产生影响,甚至会危害人体健康,在大家谈辐射色变的今天是很敏感的话题,所以这方面如何处理也是电动车无线充电实现工程化需要解决的问题。汽车产品开发过程中,往往也会进行电磁兼容方面的的测试,而无线充电技术显然提出了更高的要求。利用封闭的自动智能化车库安装无线充电设备是解决电磁兼容比较好的途径,不过成本也确实不菲。

  此外无线充电还是会面临电气标准等方面的问题,也是需要工程师和汽车厂商需要去解决的,不过相信关键技术问题解决之后,这些问题在大趋势下也会迎刃而解。

  小结:尽管现在电动车由于电池等关键部件的技术障碍距离普及还有一段时间,不过各国工程师对于相关的基础技术也没有放弃研究。前不久TDK刚和麻省理工(MIT)下属的公司签署合作协议,继续推动无线充电技术的研发,我们也会对于新能源技术的最新进展继续关注。

  在设备智能化的今天,电力能源是首要选择,但伴随的问题是续航会受到影响。手机和电动汽车行业都在绞尽脑汁解决这个问题,有创业公司利用手机面板吸收太阳能来增加续航,而对于电动汽车来说,除了在充电站插上充电线外,还有什么选择?从国外车企来看,特斯拉、沃尔沃、奥迪、宝马、奔驰等传统汽车都已经开始研发或测试旗下电动车的无线充电系统。全球通讯以及IT界的新贵们也将“触角”伸向了电动车无线充电的新领域。在无线充电的规划和静态还是动态充电的选择上,国内外车企则各有不同。

  一、沃尔沃

  沃尔沃的答案是利用道路进行无线充电。在瑞典,沃尔沃集团、瑞典电力公司 Alstom、瑞典能源局正在共同合作测试利用公路给电动汽车充电,通过将两个电源线铺设在公路上,电动车经过时便可获得电力供应。这项技术的核心在于汽车得搭载集电器,集电器与公路上的电缆连接,利用直流电充电。汽车不必走在电缆的中央,但必须时速大于 60 公里。

  沃尔沃已经在瑞典的 H llered 测试中心建立了一条 1/4 英里长的轨道,用一辆卡车进行测试。未来,当电动汽车需要充电时,必须安装无线发射器让道路感知,然后经过加密信号激活充电功能。由于对速度有要求,沃尔沃的这一充电系统适合在高速路上实行,如果未来成真,人们出远门的时候就不用担心电力问题。

  利用公路地表进行无线充电很可能是未来的发展方向,相比地面上的设施,它的好处是不需要占用地面空间,可减少建设、维护成本。汽车不需要停下来进行充电,可持续驾驶。和 Tesla 大力推动超级充电网络一样,沃尔沃的这一举措同样是为了给电动汽车打造一个良好的充电网络。目前的公用充电站还做不到高效、便利,厂商建立自己的充电设施,有利于推动自家电动汽车的销售。不过它需要面对很多普及的问题,比如公路建设、设计问题、集电器、电动汽车的支持等。就像无人驾驶一样,这是一个浩大的工程,短期内还难以实现。

  据瑞典日报5月6日报道,瑞典成为欧洲首个大规模试验电动汽车无线充电技术的国家。参与测试的电动汽车将达20辆,并主要用于市政活动。所测试的电动汽车无线充电技术为电磁感应式技术。目前关于电动汽车无线充电技术无统一标准。该测试项目受瑞典能源署资助,以期早日制定统一的欧洲标准。想必这也会给电动汽车无线充电技术带来一定的推动作用。

  二、高通

  在2015年4月22日的Formula E电动方程式锦标赛上,高通就展示了自己研发的Halo无线汽车充电技术。以下是科技网站ArsTechnica所进行的体验。高通用作技术展示的车型是一对略有改装的宝马i8混合动力汽车。i8是Formula E锦标赛的安全车(当赛道出现事故或异常时用以引导赛车和限制车速),在3月份的迈阿密站上首次亮相。

  高通Halo部门高级副总裁Graeme Davison表示,公司对于感应式充电的兴趣原本集中在个人电子应用上。他们位于瑞士的研究部门开发了一种高功率的感应充电技术,但研究人员却找不到它的用武之地。而如今被电动汽车所采用之后,Halo所面临的问题是这种原本为智能手机所构想的技术能否在提高强度之后为汽车服务。

  高通Halo的感应充电系统实际上是个相对直接明了的构想。想要了解它的工作方式,你首先可以想象出一个变压器:它由两个铁氧体组成,两者的旁边还各有一个电线线圈。一般来讲,这两个部分是连接在一起的。交流电会在第一个线圈中被转换成磁场,随后再被第二个线圈转换成直流电。而高通Halo却将两个铁氧体分离开来,并让系统跨越空气间隔实现最大功率传输。

  和智能手机一样,汽车获得无线充电的方式非常简单。你只要将车开到充电垫的正上方,当充电线圈对齐之后,电流便会开始输送到汽车当中。如果汽车和垫子之间存在外来物体,系统还可自动暂停充电。

  我们都知道,手机无线充电的充电速度非常慢,那换到电池容量大得多的电动汽车身上,充电速度会不会更慢呢?让人意外的是,情况并非如此。实际上,传导充电的效率和有线充电差不多。“由于交流电到直流电的转换和充电接口的低效率等因素,传统充电的充电效率大约是95%,”Davison说,“而无线充电目前是 90%。”在使用这种技术时,充电速度的限制实际在于汽车能够接受多少电能,而这套系统可兼容3.3kW(13A ,220V)和6.6kW(20A,220V)两种电源供应。

  Halo的无线充电器被放置在了车尾的位置,它看上去是一个比机顶盒稍大一些的金属盒子,并连接着几条橙色的电线。至于另一半的充电器,自然就在汽车的下方。感应充电其实是可以作用于移动中的车辆的,之前就有工厂使用这种技术来对机器人和货车进行充电。Davison表示,Halo目前已经具备了半动态充电的能力,可在最高30mph的速度下进行电能传输。他将出租车看作是这种技术的理想受众,当排队等客时,这些车辆同时还能获得充电。

  三、日产无线充电汽车

  日产魔方电动车:采用了可在供电线圈和受电线圈之间提供电力的电磁感应方式。即将一个受电线圈装置安装在汽车的底盘上,将另一个供电线圈装置安装在地面,当电动汽车驶到供电线圈装置上,受电线圈即可接受到供电线圈的电流,从而对电池进行充电。目前,这套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。

  日本无线充电式混合动力巴士:电磁感应式,供电线圈是埋入充电台的混凝土中的。车开上充电台后,当车载线圈对准供电线圈后(重合),车内的仪表板上有一个指示灯会亮,司机按一下充电按钮,就开始充电。

  

  三、中兴

  中兴通讯的无线供电系统是通过非接触的电磁感应方式进行电力传输。当充电车辆在充电停车位停泊后,就能自动通过无线接入充电场的通信网络,建立起地面系统和车载系统的通信链路,并完成车辆鉴权和其他相关信息交换。充电位也可以通过有线或者无线的方式和云服务中心进行互联。一旦出现充电和受电的任何隐患,地面充电模块将立即停止充电并报警,确保充电过程安全可靠。最重要的是,无线充电系统在车辆运行时完全不工作,即使车辆在上面驶过,或者在雷雨等恶劣天气情况下,也能确保安全。

  2015年2月12日消息,据路透社报道,中国智能手机制造商中兴通讯的一名高管透露,公司计划在今明两年各投资15亿元和20亿元,共35亿元研发汽车无线充 电技术。中兴通讯企业战略部门主管George Sun表示,公司已在国内同20多个城市签署协议,将为公共交通运输提供无线充电技术。Sun称:“到目前为止,我们获得了非常积极的回应。公司为当地政 府解决了电动汽车最为头疼的充电问题。”2015年,中兴计划在50-100个中国城市进行无线充电技术的预商用尝试。并且,Sun表示,中兴通讯正与几 家中外汽车制造商就无线充电技术车辆洽谈合作,但拒绝进行详细说明。

  四、比亚迪

  比亚迪早在2005年12月就申请了非接触感应式充电器专利。在2014年7月卖给犹他大学一辆40英尺的纯电动巴士,这款巴士就装配着最新的WAVE无线充电垫。

  五、奥迪

  针对无线充电中存在的传输效率问题,奥迪提出了一个不同的解决方案,他们开发出了一种可升降的无线充电系统,其最大的特点就是可以让供电线圈更靠近车辆底部的受电线圈,实现了超过90%的电力传输效率,这种方式能够让一些高底盘的SUV在充电时保证更好的充电效率。奥迪的无线充电技术仅需要用户将停车位上安置一块配置线圈和逆变器(AC/AC)充电板,并连接至电网,当车辆停在电板上时,充电过程会自动开启。

  这种充电的原理是充电板内的交变磁场将3.3千瓦的交变电流感应至集成在车内次级线圈的空气层中,实现电网电流逆向并输入到车辆的充电系统中。当电池组充满电时,充电将自动中止。感应式无线充电所需的充电时间与电缆充电所需的充电时间大致相同,而且用户可以随时中断充电并使用车辆。奥迪的无线充电技术效率超过90%,不受譬如雨雪或结冰等天气因素的影响。同时,交变磁场只有当车辆在充电板上方时才会产生,并且不对人体或动物构成伤害。未来利用感应线圈的充电原理,奥迪电动汽车不仅可以在驶入车位后自动开始充电,甚至可以在设有感应线圈的公路上,一边行驶一边充电。

  六、特斯拉

  在19世纪90年代,尼古拉·特斯拉发明了“特斯拉线圈”,能够通过空气传播电力,开启了无线式电力传播的时代。在“2011年国际消费电子展”上,美国安利公司旗下子公司富尔顿创新公司展示了无线充电技术,并推出了世界上第一辆无线充电的特斯拉汽车。目前,特斯拉希望能在各个大城市中建立起一张张相互连接的充电网,以解决电动车很容易出现的电力不足问题。

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2015/0517/article_10828.html
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