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电动汽车无线充电技术介绍

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圈子: 2018-12-27 16:57:35

电动汽车无线充电技术介绍

无线充电技术(Wireless charging technology, WCT),源于无线电能传输技术(WPT),目前已经大规模商业化推广,主要应用于小功率设备的充电上。

无线充电技术具有使用方便、安全、无接触损耗、可适应多种恶劣环境和天气等优点,将无线充电技术其应用于电动汽车,可以减少电动汽车配备的电池容量,减轻车体重量,故具有巨大的市场应用前景。大功率无线充电正成为各大汽车厂商的关注焦点。


电动车无线充电技术历年的申请趋势


无线充电的优势

智能化、网络化、自动化、高效率、对电池要求低


电动汽车无线充电可提高信息化智能化,降低人力成本。


互动能力强,更好抑制可再生能源的输出波动,可以更好地接纳可再生能源,可以通过电动汽车与新能源进行协调调度。


可以更好的发挥削峰填谷的作用,因为无线慢充通过意愿设定和电网智能调度,不论在停车位还是再移动过程中,充电更加灵活,对电网的压力也最小。


电动汽车无线充电方式可以减少对电网的冲击影响,无线充电不会有快速慢速的充电方式,总体来说对于负荷曲线没有增加更多的峰和谷,对电网更加友好。


降低电池容量的要求。韩国现在可以降低五分之一;而欧洲进行的利用公交车进站、停站时间进行无线充电的实验,成功地使公交车的电池容量从145千瓦时降到45千瓦时。


自动化程度高,可以更好的实现自动有序充电,无线充电是根据车主意愿,根据在车位上面的一些情况进行有序充电。而有线充电一定要接上电缆,否则远程控制对电池充电是发挥不了作用的。


无线充电技术原理


电磁感应式 、无线电波式、磁场共振式


1.电磁感应式


电磁感应——初级线圈一定频率的交流电,通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流,从而将能量从传输端转移到接收端 。


电磁感应式WPT技术是基于电磁感应原理,以磁场为充电媒介,利用一次、二次分离的变压器,在较近距离条件下进行无线电能传输的技术。电磁感应式WPT技术的工作频率相对较低,一般为几十到几百kHz,可以实现KW级功率无线传输,近距离传输效率一般在90%以上。


2.无线电波式


基本原理——类似于早期使用的矿石收音机,主要有微波发射装置和微波接收装置组成,接收电路,可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量,在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。 


无线电波式WPT技术是以微波(频率一般在300MHz至300GHz之间)作为主要传递载体,在自由空间中无线传输能量,是一种全向辐射的形式,主要用于如微波飞机、卫星太阳能电站等远距离输电场合。


由于其工作频率高、系统效率较低,无线电波式WPT技术并不适合于EV这种能量传输距离较短的应用场合。三菱重工尝试开发过基于无线电波式WPT技术的EV充电系统,但其系统能量变换效率仅有38%。


3.磁场共振式


电磁共振式无线电能传输系统


原理——由能量发送装置,和能量接收装置组成,当两个装置调整到相同频率,或者说在一个特定的频率上共振,它们就可以交换彼此的能量。


电磁共振式WPT技术是建立在电磁谐振理论的基础上来实现,在发送端和接收端配备相同的谐振频率的谐振线圈,一旦两者处于适当的距离时,即可给发送端输送谐振线圈谐振频率相同的驱动信号和能量,两者很容易产生共振,能量也可由此源源不断地直接从发射线圈传输到相应的接收线圈当中。


电磁共振式WPT技术有很多优点,如传输距离远(一般可达几米),对小范围位置变化不敏感,传输效率高等。


综上所述,在中小距离场合,电磁感应式WPT和电磁共振式WPT因传输效率相对较高,更适合于电动汽车充电。


电动汽车无线充电如何实现


电动汽车无线充电系统实际结构及原理:


系统由位于汽车外部主级电路和位于汽车的内部的次级电路、整流器以及驱动系统构成。通常在充电的时候,带有扁平铁芯的主级线圈,即耦合器,是通过手动的方式被插在次级铁芯中一个缝隙处,这样,能量就能够从安置在底层的主级电路被转换到电池中。


电动汽车无线充电技术难点


电磁辐射、技术标准不统一、充电效率低、成本高


从具体用途的角度,车用无线充电基本就是以下几个:


1.电磁辐射安全。WCT以电磁波的形式进行能量传输,可能会造成终端用户对于电磁辐射安全的忧虑。不过,根据对无线充电桩磁感应强度检测,数值远低于ICNIRP(国际非电离辐射防护委员会)给出的安全限值,电动汽车无线充电的辐射值在安全范围以内。


2,无统一技术标准。公共停车场,谁停谁充。除非标准高度统一,每一辆车的能量接收边都能与镶在地上的发射边匹配。目前全球WCT标准包括两大联盟:WPC和AirFuel Alliance(2015年1月,PMA和A4WP宣布合并)。Qi标准由WPC制定,主推电磁感应式。 AirFuel的标准由其前身之一A4WP制定,主推磁场共振式。不过,目前标准的统一化正在推进。


3,充电效率问题。公共车站大功率快速充电,停车上下人的时候猛冲,理论上公交车可以一直在路上跑而无需停下充几个小时。单纯从效率数值角度来看,WCT的充电效率峰值一般在90%左右,而传统充电效率可达95%。不过,随着技术研发投入的不断加大,已有多家公司表示实现了无线充电效率的大幅提升。


4,成本高。动态充电,就是所有公路下面都是能量发射线圈,开到哪充到哪,基本不需要电池了,目前还处于研究阶段。把所有公路再修一遍,铺满线圈,接入电网,这种规模的投资和基础设施建的规模,绝非一日之功。


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