無線充電技術可以為未來的電動汽車提供快速、方便的充電服務。因此,汽車行業及其外部利益相關方可通過合作找到最佳的無線充電解決方案。
當更多數量的電動汽車上路行駛時,充電基礎設施的開發與使用將會受到越來越多的社會關注。采用傳導充電(conductive electric charging)技術的超快直流充電站是當前的主流方案。但是,在汽車行業的某些領域,非傳導或“無線”充電技術對用戶的使用便捷性非常重要,也能夠促進電動汽車的更多應用。
不論在任何地方,無線充電對電動汽車用戶都具有吸引力,無線電力公司(WiTricith)在2019年通過購買高通(Qualcomm)公司的技術和知識產權后,推出了充電功率能夠達到22 kW的無線充電系統,還將在售后市場為電動汽車用戶提供11 kW的無線充電布置,該布置相當于Level 2級交流充電,2022年下半年將在美國進行測試。
WiTricith產品管理副總監David SCHATZ相信,當汽車制造商為電動汽車配置無線充電接收器后,無線充電的應用時代即將到來。WiTricith與汽車制造商及一級供應商將通過合作來滿足電動汽車潛在客戶的無線充電期望。韓國已經在捷尼塞思GV60上應用了無線充電,中國一汽集團也在紅旗E-HS9電動汽車上引進了無線充電技術。
車隊測試
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近些年,汽車制造商正在加緊探索電感應(inductive chargine)充電技術。
沃爾沃汽車正在瑞典哥德堡(Gothenburg)進行為期3年的車隊試驗,組建了來自Momentum Dynamics公司的40 kW無線充電設備的XC40 Recharge電動汽車車隊,由出租車運營商Cabonline公司每天運營12 h,每年行駛10萬km進行測試。沃爾沃汽車驅動單元無線充電研發部門的Robert ERIKSSON表示,出租車車隊試驗將是公共無線充電的一個典型應用案例。
到目前為止,ERIKSSON對試驗中的充電效率值很滿意。在沃爾沃汽車林德霍爾姆研發中心充電站,團隊用10 cm厚的冰塊進行測試,在水分子覆蓋整個充電墊后,所有的電能都能直接通過,沒有任何損失。但ERIKSSON認為,沃爾沃團隊還需要更好得了解在車身底下安裝線圈對車輛布置和壽命的影響,線圈必須能夠承受住石頭和投擲物的撞擊。
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更高功率
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大眾汽車高級項目經理和田納西州諾克斯維爾創新樞紐的Hendrik MAINKA博士表示,傳統充電方式在各品牌系統間達到互用性是一個挑戰,對于無線充電,也將會面臨同樣的挑戰。
大眾汽車正在與橡樹嶺國家實驗室(ORNL)國家交通研究中心無線充電研究小組合作。MAINKA提到,當前由ORNL和大眾汽車進行可行性研究,采用保時捷Taycan來調研120 kW和270~300 kW高功率無線充電取代有線直流快充方案的可行性。大眾汽車研發項目組Andrew FOOTE表示,當前電池技術可以達到高功率值的目標。大眾汽車需要設計出能夠運行在高功率值下的系統,雖然該系統具有熱約束性,但必須保證所有零件都能夠充分冷卻。
FOOTE提到,大眾汽車對于漏磁場(stray fields)、電磁干擾(EMI)等電磁兼容性進行了多次討論。汽車的無線充電系統有許多標準,大多數采用85 kHz頻帶,或者在該頻帶諧波內,且頻率不能超過限值。在充電系統運行時,需保證用戶安全,并阻止任何通訊及其他元器件對系統運行造成干擾。
線圈設計
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諾克斯維爾團隊正在重新設計無線電能傳輸(wireless power transfer)兩側的線圈,以保證達到漏磁場的限值要求。為此,必須重新制定磁性材料和電線來承載外加電流,通過升級電容器來產生諧振回路,并處理無功功率(reactive power)。對于未來的生產應用,需要重新設計車輛冷卻系統對車載組件進行冷卻。
到目前為止,ORNL/大眾汽車團隊開發的電能轉換效率已經達到設計要求。目前,田納西大學正在進行更高功率水平的無線充電性能測試,并將加快車輛充電系統的壽命測試。當前,WiTricity公司已經為載貨車和公交車輛開發出了能夠提供50~450 kW快充的無線充電系統。
ERIKSSON認為,在無線充電系統普及后,電動汽車可能只需要1塊較小容量的電池就能夠滿足用戶的日常出行需求。
審核編輯 :李倩
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原文標題:獨家 | 電動汽車無線充電技術正在蓬勃發展
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