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電動汽車無線充電技術介紹

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圈子: 2018-12-27 16:57:35

電動汽車無線充電技術介紹

無線充電技術(Wireless charging technology, WCT),源于無線電能傳輸技術(WPT),目前已經大規模商業化推廣,主要應用于小功率設備的充電上。

無線充電技術具有使用方便、安全、無接觸損耗、可適應多種惡劣環境和天氣等優點,將無線充電技術其應用于電動汽車,可以減少電動汽車配備的電池容量,減輕車體重量,故具有巨大的市場應用前景。大功率無線充電正成為各大汽車廠商的關注焦點。


電動車無線充電技術歷年的申請趨勢


無線充電的優勢

智能化、網絡化、自動化、高效率、對電池要求低


電動汽車無線充電可提高信息化智能化,降低人力成本。


互動能力強,更好抑制可再生能源的輸出波動,可以更好地接納可再生能源,可以通過電動汽車與新能源進行協調調度。


可以更好的發揮削峰填谷的作用,因為無線慢充通過意愿設定和電網智能調度,不論在停車位還是再移動過程中,充電更加靈活,對電網的壓力也最小。


電動汽車無線充電方式可以減少對電網的沖擊影響,無線充電不會有快速慢速的充電方式,總體來說對于負荷曲線沒有增加更多的峰和谷,對電網更加友好。


降低電池容量的要求。韓國現在可以降低五分之一;而歐洲進行的利用公交車進站、停站時間進行無線充電的實驗,成功地使公交車的電池容量從145千瓦時降到45千瓦時。


自動化程度高,可以更好的實現自動有序充電,無線充電是根據車主意愿,根據在車位上面的一些情況進行有序充電。而有線充電一定要接上電纜,否則遠程控制對電池充電是發揮不了作用的。


無線充電技術原理


電磁感應式 、無線電波式、磁場共振式


1.電磁感應式


電磁感應——初級線圈一定頻率的交流電,通過電磁感應在次級線圈鐘產生一定的電流,從而將能量從傳輸端轉移到接收端 。


電磁感應式WPT技術是基于電磁感應原理,以磁場為充電媒介,利用一次、二次分離的變壓器,在較近距離條件下進行無線電能傳輸的技術。電磁感應式WPT技術的工作頻率相對較低,一般為幾十到幾百kHz,可以實現KW級功率無線傳輸,近距離傳輸效率一般在90%以上。


2.無線電波式


基本原理——類似于早期使用的礦石收音機,主要有微波發射裝置和微波接收裝置組成,接收電路,可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量,在隨負載作出調整的同時保持穩定的直流電壓。 


無線電波式WPT技術是以微波(頻率一般在300MHz至300GHz之間)作為主要傳遞載體,在自由空間中無線傳輸能量,是一種全向輻射的形式,主要用于如微波飛機、衛星太陽能電站等遠距離輸電場合。


由于其工作頻率高、系統效率較低,無線電波式WPT技術并不適合于EV這種能量傳輸距離較短的應用場合。三菱重工嘗試開發過基于無線電波式WPT技術的EV充電系統,但其系統能量變換效率僅有38%。


3.磁場共振式


電磁共振式無線電能傳輸系統


原理——由能量發送裝置,和能量接收裝置組成,當兩個裝置調整到相同頻率,或者說在一個特定的頻率上共振,它們就可以交換彼此的能量。


電磁共振式WPT技術是建立在電磁諧振理論的基礎上來實現,在發送端和接收端配備相同的諧振頻率的諧振線圈,一旦兩者處于適當的距離時,即可給發送端輸送諧振線圈諧振頻率相同的驅動信號和能量,兩者很容易產生共振,能量也可由此源源不斷地直接從發射線圈傳輸到相應的接收線圈當中。


電磁共振式WPT技術有很多優點,如傳輸距離遠(一般可達幾米),對小范圍位置變化不敏感,傳輸效率高等。


綜上所述,在中小距離場合,電磁感應式WPT和電磁共振式WPT因傳輸效率相對較高,更適合于電動汽車充電。


電動汽車無線充電如何實現


電動汽車無線充電系統實際結構及原理:


系統由位于汽車外部主級電路和位于汽車的內部的次級電路、整流器以及驅動系統構成。通常在充電的時候,帶有扁平鐵芯的主級線圈,即耦合器,是通過手動的方式被插在次級鐵芯中一個縫隙處,這樣,能量就能夠從安置在底層的主級電路被轉換到電池中。


電動汽車無線充電技術難點


電磁輻射、技術標準不統一、充電效率低、成本高


從具體用途的角度,車用無線充電基本就是以下幾個:


1.電磁輻射安全。WCT以電磁波的形式進行能量傳輸,可能會造成終端用戶對于電磁輻射安全的憂慮。不過,根據對無線充電樁磁感應強度檢測,數值遠低于ICNIRP(國際非電離輻射防護委員會)給出的安全限值,電動汽車無線充電的輻射值在安全范圍以內。


2,無統一技術標準。公共停車場,誰停誰充。除非標準高度統一,每一輛車的能量接收邊都能與鑲在地上的發射邊匹配。目前全球WCT標準包括兩大聯盟:WPC和AirFuel Alliance(2015年1月,PMA和A4WP宣布合并)。Qi標準由WPC制定,主推電磁感應式。 AirFuel的標準由其前身之一A4WP制定,主推磁場共振式。不過,目前標準的統一化正在推進。


3,充電效率問題。公共車站大功率快速充電,停車上下人的時候猛沖,理論上公交車可以一直在路上跑而無需停下充幾個小時。單純從效率數值角度來看,WCT的充電效率峰值一般在90%左右,而傳統充電效率可達95%。不過,隨著技術研發投入的不斷加大,已有多家公司表示實現了無線充電效率的大幅提升。


4,成本高。動態充電,就是所有公路下面都是能量發射線圈,開到哪充到哪,基本不需要電池了,目前還處于研究階段。把所有公路再修一遍,鋪滿線圈,接入電網,這種規模的投資和基礎設施建的規模,絕非一日之功。


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