无接触充电

作者:Christian Otto 发布时间:2014-09-30
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用电缆连接家用电源是目前为电动汽车充电的最简单的方式,而全新的感应充电技术则完全不用充电电缆,该技术的应用进一步简化了用户的操作,带来了更多的使用便捷性。

电动汽车的成功与否与充电基础设施能否快速地、大规模地建设有着密切的关联。利用电缆充电是大多数电动汽车生产厂商所采用的充电技术,而部分厂商一直在学习其他领域中的解决方案,例如目前在智能手机领域中的新趋势——无线充电,准确地说是“感应充电技术”,该项技术得益于近几年来无线充电技术的迅速发展。如图1所示,现在,无线充电技术已经可以做到在几百毫米的距离内实现大功率的电能传输,同时不影响充电效率。


图1 再过不久就可以这样为电动车充电了——省略了充电电缆,利用磁场充电

通信技术领域带来的启示

Qualcomm公司是专门从事无线充电技术开发的企业。这家国际知名的芯片生产厂商把感应充电技术移植到了电动汽车充电领域中,开发出了被他们称之为“Halo”的感应式充电系统,为汽车工业应用其他领域的成熟经验和先进技术提供了参考。“Qualcomm公司首先在通信技术特别是移动通信领域中开发了这一方案。几年前,我们开始了大功率无线充电的尝试和验证。这不仅使我们成功实现了通信技术领域中3~5W功率范围内的无线充电,而且也实现了功率达到3kW的无线充电。磁共振技术被用于实现从充电发射器到充电接收器的非接触式充电。”Halo项目的领导人Grzegorz Ombach博士说道。

Halo系统利用磁共振技术,由充电基础单元向汽车充电系统的充电接收单元耦合电力。电力经磁偶合器传送到汽车的充电板上,然后把充电板上的电力储存到汽车蓄电池中。

瑞士的Brusa电气技术股份公司也提供一种感应充电系统(见图2)。在这套被他们称为“ICS(感应式充电系统)”的解决方案中,所有的模块和功能都集成在车辆底部的感应线圈罩内了,因此整个系统就只有两大部分了。要实现这项技术,首先要改善车辆的电磁兼容性,因为其省去了暗线箱到初级绕组之间几米长的电缆;同时,车辆的生产制造和车上设备调试的时间都明显缩短,汽车生产厂商只需把一个完整的次级单元安装在车内就可以了,这使得这套系统能被更多的汽车生产厂商所认可。

电缆充电领域提供了技术经验

与Qualcomm公司不一样,Brusa公司原来就是一家从事传导技术的企业,其主要业务是利用电缆进行有线充电。正如Brusa公司负责产品研发的领导人Philipp Matt先生所说:“电缆有线充电技术领域中的经验并不都是正面的。”因此,这也迫使他们另辟蹊径,努力排除电动汽车无线充电技术中的障碍。“在刚开始时,无线充电技术并不是我们的目标,但与机器人技术或者电容式充电技术相比,无线充电技术相对更容易实现。”Philipp Matt先生说。

无线充电技术的支持者认为它比有线充电更具优势,例如充电操作非常简便,省略了安装充电柱的繁琐工程,遭到人为破坏的风险也很小。Qualcomm公司的Grzegorz Ombach先生补充说道:“无线充电设备在结构上也非常灵活,例如在老城区中,它可以隐藏在地下,不影响老城区的整体风格。它可以在100~300mm的间距内进行感应充电,因此也可以安装在沥青路面之下。”Brusa公司的研发领导人还指出了另一个优点:“拥有插电式混合动力轿车的人们也可以放弃利用电缆充电,而采用更加舒适和方便的无线充电技术。在感应式的无线充电技术中,启动充电的操作非常简单,按一下钥匙或者应用按钮,车辆就自行开始充电了。”

无线充电技术的批量应用,还与无线充电系统采用何种结构的技术标准有一定的关系。在标准化方面,人们已经做了许多努力了,但各国企业之间仍然存在着不同,最主要的差别就是频率。Grzegorz Ombach先生建议:“业界完全可以设定可以自由使用的频率段,例如80~90kHz。我们的无线充电系统在这一频率范围内工作,汽车生产厂商和一级供应商也在这一频率范围的基础上开发自己的产品。”


图2 Brusa公司的无线充电系统有两块板,一块在汽车上,另一块布置在地面以下

共存的系统

无线充电系统在批量生产过程中还要考虑其安全性和可靠性,两家公司都为自然界中的生物和活动物体进入充电磁场设计了相应的解决预案。他们开发的无线充电解决方案都能识别进入磁场的金属物体。在探测到金属异物进入充电磁场时即切断充电,向汽车驾驶员的手机发送一个信息:“有异物进入了无线充电的位置,请排除。”第二种安全保护措施主要是针对家养宠物而设计的,功能方法类似。

Brusa和Qualcomm两家公司有着类似的大批量生产的规划表。2016年年底及2017年年初是他们计划推出第一款无线充电系统的时间。无线充电设施的建造、推广首先是在家庭的车库和停车场中。目前这两家公司开发的无线充电系统主要针对国际性的汽车生产厂商和大型零部件供应商,这些厂商只要对其无线充电技术感兴趣便可提出申请。

但这两家公司的主管人士都不认为无线充电技术会在短期内把有线充电取代掉。“在今后的10年时间里将会是两种充电系统并存的10年。标准的形成和基础设施的建设并不会像我们期待的那样顺利、快速和有效。”Philipp Matt先生说。

展望无线充电技术的未来远景,有人认为其充电方式还可以是动态的充电,也就是说在电动汽车行驶时也可以为其充电,但这一切的前提首先是定位充电和固定地点无线充电的批量化。

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