電動車無線充電技術(shù)為何還未普及？

提起電動汽車無線充電技術(shù)(WirelessCharging),我們依然繞不開100年前那位曠世奇才特斯拉(NikolaTesla),電動汽車無線充電技術(shù)在原理上與手機無線充電技術(shù)在原理上別無二致。1901年,尼古拉·特斯拉在紐約長島建立了沃登克里夫塔進行無線輸電試驗,然而,一百多年過去了,這項技術(shù)卻還未普及。

這又到底是為什么?

無線充電技術(shù)的原理和結(jié)構(gòu)

無線充電技術(shù)的基本原理其實就是我們中學(xué)時期學(xué)過的電磁感應(yīng)原理。功率通過磁場在線圈之間傳輸,通過發(fā)射線圈的交流電根據(jù)安培定律產(chǎn)生震蕩磁場,磁場通過接收線圈又在法拉第感應(yīng)定律下產(chǎn)生交流電,進而達到充電的目的。

汽車無線充電技術(shù)的基本設(shè)備構(gòu)成共有六部分。如圖中所示,1、2、3為地面設(shè)備,4、5、6為安裝在車輛上的設(shè)備。

1.PFC(功率因數(shù)校正)+逆變器

2.震蕩磁場發(fā)射器

3.電磁場

4.震蕩磁場接收器

5.整流器和傳輸模塊

6.電池包

壁箱中內(nèi)置了逆變器和PFC并與主電網(wǎng)連接,震蕩磁場發(fā)射器放置在車輛下方的地面上,震蕩磁場發(fā)射器與震蕩磁場接收器之間是充滿電磁場的氣隙,磁場通過接收器產(chǎn)生交流電,整流器又將接收器產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)化為直流電并通過傳輸模塊儲存在電池包當(dāng)中。

無線充電技術(shù)的幾大優(yōu)點:

? 依托自動駕駛技術(shù)的發(fā)展,通過無線充電技術(shù)可以實現(xiàn)電動車輛充電的全自動化,極大的提高了便利性。

? 相比其他充電方式,無線充電方式理論上可以做到邊走邊充,這種方式極大的解決電動車的里程焦慮。

? 相比傳統(tǒng)充電方式,無線充電設(shè)備對于空間需求更低。

充電效率如何?

充電效率是衡量充電方式的重要指標,從理論上講,無線充電技術(shù)的充電效率可以達到95%以上。當(dāng)然,達到95%需要滿足一系列的有趣的條件。

比如,發(fā)射器和接收器之間的距離。

圖中的縱坐標為充電效率,橫坐標為接收器和發(fā)射器之間的距離和發(fā)射器直徑之比。不同顏色的線條代表的是不同尺寸的接收器。通過圖中的曲線,我們很容易發(fā)現(xiàn)當(dāng)接收器和發(fā)射器距離到達臨界值時,充電效率會大幅下降。

再比如,接收器和發(fā)射器的對齊程度。

對于一個既定的無線充電系統(tǒng)來說,關(guān)于發(fā)射器和接收器位置的偏差將是決定充電效率的重要因素。對于圖中這個典型系統(tǒng)來說,50厘米直徑的發(fā)射器和25厘米直徑的接收器,最大偏差是7.5厘米。對于一輛四五米長,近兩米寬的汽車來說,7.5厘米這個停車精度著實不低了。也正是如此,才將無線充電技術(shù)和自動泊車系統(tǒng)更加緊密的結(jié)合了起來?，F(xiàn)在大多數(shù)豪華車都有這個功能,但現(xiàn)在無線充電技術(shù)要求它更加準確,它需要找出地墊的確切位置。一般用三角測量法或磁矢量法。然后將定位信息傳達給汽車的停車系統(tǒng),汽車試圖將自己準確的定位在地墊的頂部。它停得越好,效率就越高。

如果你認為只要通過自動泊車精確停車并設(shè)計一個小的氣隙就能高效的使用無線充電,那可就大錯特錯了。無線充電技術(shù)的能量傳輸發(fā)生在低阻尼的諧振模式下,這就大大增加了匹配發(fā)射和接收頻率的困難程度。而能量傳輸又對發(fā)射和接收頻率的匹配度要求苛刻。這就需要不斷地補償不斷變化的氣隙、部件磨損和其他公差來保證頻率的匹配。

為何仍未普及?

早在2013年法蘭克福車展前夕,無線充電巨頭高通就宣布與Formular E 控股公司達成合作,將旗下的Halo無線充電技術(shù)應(yīng)用于Formula E電動方程式賽車上。在之后的2015年,裝配有 QualcommHalo7.4kW無線充電系統(tǒng)的寶馬i8開始成為全新的官方安全車。

然后率先將無線充電技術(shù)應(yīng)用在量產(chǎn)車型上的卻是奔馳——在2017款的S550e混動車型上提供了無線充電套裝選配。該系統(tǒng)的功率為3.6kW,以匹配S550混動車型8kWh的電池。在2018年,寶馬則將無線充電技術(shù)帶到了530eiPerformance上。

從目前的現(xiàn)狀來看,市面上在售的提供無線充電技術(shù)的車型多為豪華品牌的HEV車型。究其主要原因是:無線充電相對其他充電方式充電功率不夠大、充電效率不夠高。而可以切實解決里程焦慮的無線充電道路,又因為成本問題無法在短時間內(nèi)實現(xiàn)。這些問題使無線充電技術(shù)仍停留在“奢飾品”層面。不論是無線充電道路還是無線充電的空間優(yōu)勢都有需要更高的電動車保有量作為支撐。

當(dāng)然,SAE的J2954的頒布從標準層面為無線充電技術(shù)的推廣提供了基礎(chǔ)。

? 測試(車輛、充電器、系統(tǒng))

? 最低效率

? 車輛、充電單元的定位

? 住宅/道路充電的潛在公共位置

? 頻率(頻段)

? 無線通信與軟件

? 無線通信與軟件

? 互操作性

可以預(yù)見的是,無線充電系統(tǒng)在未來幾年將越來越多的出現(xiàn)在量產(chǎn)車型上。而無線充電技術(shù)的大量普及則必須要等到電動車保有量達到一定程度之后。