无线充电技术能否“激活”电动车

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访客:38357  发表于:2013-08-26 09:43:33

随着电动车时代逐渐被人熟悉,充电方式成了大家渴望突破的一个方向。特别是无线充电,它带来的便捷诱惑,让日系在内的厂家以及风险投资家们趋之若鹜。

                      无线充电技术能否“激活”电动车 

无线充电听起来是个不错的点子,现在已经有一些设备可以实现它,比如:电动牙刷,遥控器,还有一些智能手机。随着无线充电技术研究与应用的不断深入,各种型号的电源、充电器,乱成一团的电线,这些都可能成为历史。而现在,你只需把电子设备放到一块充电垫上,这款充电垫与前几年出现的“Power Mat”(能量垫)类似。

去年的诺基亚纽约发布会上,诺基亚Lumia920向外界展示了回家以后随手把手机放上充电垫边充电边听音乐的场景。其具体原理是,在发送和接收端各有一个线圈,发送端线圈连接有线电源产生电磁信号,接收端线圈感应发送端的电磁信号从而产生电流给电池充电。

早在2008年末,电子业界同盟共同努力推动建立了无线充电联盟,之后推出了国际无线充电的Qi标准,大大加速其商业化进程。该联盟的成员包括诺基亚、三星、德州仪器、华为等公司,覆盖无线充电解决方案各生产环节。

标准的建立,让无线充电技术加速了商用进程。这项被寄予厚望的技术,在不久的将来或许会像蓝牙一样被广泛运用于各种设备。但就应用空间而言,无线充电对手机、电脑、相机等电子产品或多或少只是个锦上添花的新功能。但对于汽车,特别是电动车产业,却有可能是启动整个市场的关键。

汽车无线充电技术的“阶梯式演进”        

面向汽车用途的无线供电方式大致有三种:电磁感应方式、电波方式以及电磁共振方式。其中电磁感应方式利用的是线圈间产生的电磁感应。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。早在2010年,加拿大庞巴迪(Bombardier)的Transportation部门便开发出了在供电线上一直供电的电车用无线供电系统,并开始在德国推进实用化。

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。而无线电波原理与早期使用的矿石收音机相类似,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稳定的直流电压。通过缩小电波的波束,可实现长距离大电力传输。早在2009年初,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。但效率偏低。

另外一种是电磁共振方式。其原理类似声波共振,两种介质具有相同的共振频率,就可以用来传递能量。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跟进及研究。其中传输效率是最引人关注的。美国WiTricity公司曾在输出功率为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%。

2012年11月,日本村田制作所开发出了其称为“直流共振方式”的无线供电技术。它也是通过相对线圈间的电磁共振来供电。不同之处在于不使用高频交流源,而直接由直流电压传输电力,可大幅提高整个系统电力传输效率。由直流电源经无线区间到达负载的电力效率比原来的技术提高了20~30个百分点。例如,从直流电源将功率约为75W的直流电供应到几十厘米远的负载时,最高能以70%以上的电力效率传输。村田制作所设想将直流无线供电技术应用于小型电子电路、便携终端乃至EV等大功率用途。

电磁感应VS磁场共振

对于目前电动汽车市场而言,无线充电技术在开发与应用以及市场推广上还有不小的深入及进步空间。

在汽车无线充电技术的各种方法中,最被看好的是电磁感应方式和磁场共振方式两种。从传输距离远这一点来看,后者在技术上的优势较为突出,有数据显示,市场开拓方面,电磁感应方式处于领先地位,而在技术开发方面比较活跃的则是共振方式。

其中,丰田公司较有代表性。早在2011年4月,丰田便宣布开发出了采用磁共振方式的EV无线供电系统。 丰田选择的开发合作伙伴是美国WiTricity公司。WiTricity是由发明磁共振方式的MIT研究人员于2006年创建的风险公司。除丰田外,WiTricity还与美国德尔福(Delphi)和IHI等公司有合作,存在感非常强。麻省理工学院和该大学教授组建的WiTricity公司在磁场共振方式方面掌握着100多项关键专利。计划开发EV充电基础设施的IHI表示,“我们认为与WiTricity合作是开发产品的捷径。希望在2~3年内实现量产”,该公司打算向汽车厂商销售产品。磁共振方式的优点是可供电的范围广。除了可向一定距离的产品供电外,还能轻松应对送受电线圈的位置偏移现象。

前段时间,丰田及日本汽车研究所(JARI)在汽车技术会议“2013年春季大会”上就汽车无线供电技术的动向分别发表了演讲。致力于插电式混合动力车(PHEV)开发的丰田认为,“与纯电动汽车(EV)相比,无线供电技术对PHEV更为重要”,并表示将在各国大力开展标准化活动。

在这之前的2012年,丰田还探讨在该公司开发的无线供电技术中使用方形线圈。方形线圈采用在方形平板上缠绕铜线制造而成。据悉,丰田已经试制了配备方形线圈的车辆,并正在评测性能。方形线圈存在的课题是如何将电磁波的泄漏降至日本电波法要求的水平。就试制车而言,丰田已经获得了达到日本电波法要求的标准。

汽车无线供电技术的线圈形状主要有圆形和方形两种。线圈的形状决定磁路,因此供电侧与受电侧形状不统一的话,两个线圈之间就不能高效通过磁通量。圆形和方形线圈之间相互不兼容且各具优缺点。因此,目前全球的汽车厂商也基本分为圆形线圈和方形线圈两派。很显然,丰田公司属于后者。而在其2013款亚洲龙(Avalon)轿车的顶配型号上,搭载了无线充电器,成为全球第一款拥有手机无线充电功能的汽车。

最大瓶颈:“标准统一难”

作为丰田同门最大的竞争对手,在无线充电技术领域,日产公司也并没闲着。它去年4月曾宣布“要在两年内上市的EV上采用无线供电技术”,这在全球汽车厂商中是第一个制定明确时间表的。而前不久,日本成立了“无线电力传输实用化共同体”,日产公司为其成员日本东亚公司开发的“电动汽车行驶中地面充电技术”提供了试验电动汽车。

不过也有分析指出,日产对于无线充电技术积极动作的真正的意图是“不管怎样先早日确立标准”。日产率先公布无线充电技术实用化方针的目的就是想让其他公司认为自己采用的技术有可能会成为事实标准,同时打破混沌状态。但现实情况是,无线充电技术有多种方式,而且难分优劣,此外还存在专利问题。公定标准并不是那么简单就能确定。

2012年7月24日,美国高通公司和法国雷诺公司就开发纯电动汽车(EV)用无线充电技术签署了备忘录,将把高通正在开发的技术用于雷诺的EV,展开验证试验。早前,高通宣布将在2012年下半年在英国伦敦市启动非接触供电验证试验,雷诺加盟了该试验的运营委员会。高通的无线充电装置将会搭载给雷诺的EV,提供给伦敦市内的用户使用。 高通于2011年收购了新西兰HaloIPT公司,获得了EV无线充电相关技术。

除此之外,以无线充电技术为切入,还有观点提出将无线供电用于汽车的自动停车。据日经新闻报道,目前已经在研究利用一级线圈和二级线圈的磁场强度变化来推测位置,以实现自动停车的系统。由于一级线圈和二级线圈的位置也能准确吻合,因此有助于提高效率。

另一方面,有行业专家指出,要使无线供电技术实用化,国际标准化非常重要。公共基础设施设置供电设备的情况居多,这时必须采用标准技术,这样才能够用一个供电设备为多家厂商的车辆供电。据悉,目前主要由国际电工委员会“IEC 61980”与美国的“SAE J2954”推进标准化工作。计划2014~2015年前后大体制定出标准规格。不过,这些团体推进的工作主要是供电装置的标准化。基本上没有针对车辆配备的装置进行标准化。

目前,阻碍无线感应式充电技术大规模运用的瓶颈主要还有对于辐射的担忧。因为无线充电会产生强大的磁场。当人或动物位于电动车和充电装置之间时,有可能带来电磁伤害。所以确保无线充电系统的安全性也是一个关节点,在这方面,各家公司还需要大量的测试和改进相关技术。(via.汽车财经)

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