無線充電：為電動(dòng)汽車無縫集成鋪平道路

電動(dòng)汽車無線充電是一項(xiàng)新興技術(shù)，也是人類一直夢(mèng)想的技術(shù)，它讓我們能夠徹底改變電動(dòng)汽車的充電方式。有了它，就可以自動(dòng)為您的汽車充滿電，而無需連接任何電纜或插座。

介紹

這是一個(gè)非常方便的過程，無線充電系統(tǒng)基于電磁感應(yīng)原理。通常位于地板下的充電電路連接到電網(wǎng)。如果為此類充電設(shè)計(jì)的車輛位于電路上方，則會(huì)建立磁場(chǎng)，從而在汽車電路中感應(yīng)出電流，為其電池充電。有了它，就不需要電纜了，這使過程更簡單、更安全。

過熱和電池?fù)p壞的風(fēng)險(xiǎn)也降到了最低。但是，除非線圈非?？拷⒄_對(duì)齊，否則這種電力傳輸方法的效率并不理想。為了在源和接收器之間距離較遠(yuǎn)且對(duì)齊不理想的情況下提高效率，可以實(shí)施磁共振。如今，大多數(shù)無線系統(tǒng)都是智能的，可以檢測(cè)電池的狀態(tài)，在不需要充電時(shí)自動(dòng)停止充電。此外，由于沒有易磨損的機(jī)械部件，因此維護(hù)工作量降至最低。技術(shù)正在使無線充電系統(tǒng)越來越高效，即使成本很高。此外，并非所有電動(dòng)汽車都兼容這種充電系統(tǒng)，電路中使用的功率甚至低于使用電纜的充電系統(tǒng)。

充電可以在靜止模式下進(jìn)行，即車輛靜止在充電支架上或行駛中。在第二種模式下，充電電路位于道路上或交通信號(hào)燈附近，使用能夠感應(yīng)電流的特殊瀝青。未來，可能會(huì)有專門用于在正常交通期間為電動(dòng)汽車充電的專用車道。

無線充電詳細(xì)信息

無線汽車充電是一種無需汽車與電源之間物理接觸的充電方法，目前已非常流行。該方法利用電磁感應(yīng)和磁共振，通過磁場(chǎng)感應(yīng)電流。汽車與充電系統(tǒng)的距離非常關(guān)鍵，通常幾厘米的距離就足以大幅減少傳輸?shù)哪芰俊?

因此，停放車輛必須非常精確，并且兩個(gè)線圈(Tx 和 Rx)必須放置在非常短的距離內(nèi)。能量的通過是通過產(chǎn)生磁場(chǎng)來感應(yīng)電流的。實(shí)際上，存在兩個(gè)電線圈，一個(gè)位于車輛下方，另一個(gè)位于地面上的特殊容器中。如果兩個(gè)線圈彼此非常接近，則會(huì)從第一個(gè)線圈感應(yīng)出電流到第二個(gè)線圈，這樣汽車電池就可以像通過普通電纜連接系統(tǒng)一樣充電。無線充電系統(tǒng)從概念上講非常簡單，但值得廣泛關(guān)注，因?yàn)樗鼈儽貙⒊蔀槲磥砘謴?fù)電池和超級(jí)電容器中能量的方法。

該系統(tǒng)通常由兩部分組成，即發(fā)射器和接收器(見圖 1 中的總圖)。發(fā)射器將輸入電壓轉(zhuǎn)換為磁通量，接收器將磁通量轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓。為了在第一和第二個(gè)電感器之間感應(yīng)出電流，需要一個(gè)交流信號(hào)，其形狀無關(guān)緊要，但正弦信號(hào)最有效。在沒有物理電連接的情況下傳輸能量需要開關(guān)電路的存在，通常是高頻的。因此，無線充電系統(tǒng)通常會(huì)在附近發(fā)射電磁場(chǎng)。

圖 1：無線充電系統(tǒng)的總體方案

當(dāng)兩個(gè)電路足夠接近時(shí)，兩部分之間就會(huì)建立識(shí)別過程，發(fā)射器從其線圈發(fā)出信號(hào)，該信號(hào)由接收線圈接收，因此磁場(chǎng)會(huì)穿過兩個(gè)線圈，即使它們沒有物理連接。在此過程中，一小部分能量會(huì)損失，這是完全正常的。接收線圈收集磁場(chǎng)并產(chǎn)生交流電，該交流電通過電源整流器到達(dá)要充電的電池，這次是直流電。為了增加磁場(chǎng)，可以增加發(fā)射電路上的電流或線圈的尺寸，或者減少它們之間的距離。

無線充電是一項(xiàng)非常有價(jià)值的技術(shù)，與鋰電池協(xié)同作用可提高其價(jià)值。在現(xiàn)有技術(shù)下，這種充電方式比傳統(tǒng)充電效率更低、速度更慢，但公司每天都在取得巨大進(jìn)步。為了最大限度地提高傳輸?shù)哪芰?，線圈的尺寸必須非常大，不可避免地會(huì)產(chǎn)生不必要的體積。為此，必須在兩個(gè)電感器之間進(jìn)行最佳對(duì)準(zhǔn)，以最大限度地提高電流傳輸。最現(xiàn)代的系統(tǒng)提供視覺和聽覺監(jiān)控，警告用戶正在進(jìn)行的對(duì)準(zhǔn)方法。此外，無線充電獨(dú)立于電池品牌，因此不同品牌的設(shè)備可以毫無問題地充電。此外，由于沒有直接的物理接觸，所有電氣和電子部件均防水、密封，無觸點(diǎn)氧化問題。

電路的基本工作原理

圖 2 顯示了簡單無線充電系統(tǒng)的通用圖。左側(cè)部分構(gòu)成發(fā)射器，右側(cè)部分構(gòu)成接收器。發(fā)射器產(chǎn)生交流電壓，該電壓由功率設(shè)備升壓并通過傳輸電感器。在其附近有一個(gè)接收電感器，它包含相同的發(fā)射信號(hào)，但損失很小。信號(hào)經(jīng)過整流和調(diào)平后可用于電池充電。這種電感解決方案實(shí)際上代表了一個(gè)虛擬變壓器，因?yàn)樗哂信c傳統(tǒng)變壓器相同的特性，但通常不會(huì)增加或減少電壓，只以無線方式傳輸能量。

所應(yīng)用的原理是兩個(gè)彼此非常接近的電感器之間的互感。交流信號(hào)的頻率通常具有相當(dāng)高的值，以產(chǎn)生信號(hào)傳輸所需的電磁場(chǎng)?？梢岳斫?，發(fā)射器需要一個(gè)頻率和電壓經(jīng)過適當(dāng)校準(zhǔn)的振蕩器。

圖 2：通用無線充電方案

值得注意的是電路對(duì)不同耦合系數(shù)的響應(yīng)。通常，汽車并不正好位于最佳充電點(diǎn)，因此接收器接收到的信號(hào)并不是最大值。如前所述，車輛相對(duì)于充電板的位置發(fā)生微小變化，甚至?xí)@著改變充電電壓水平。圖 3 中的圖表顯示了接收器整流后的電壓水平，涉及兩個(gè)線圈的耦合系數(shù)，耦合系數(shù)會(huì)根據(jù)車輛相對(duì)于接收板的位置而改變。圖表中故意添加了一小部分紋波，正是為了強(qiáng)調(diào)該電流來自交流電，然后經(jīng)過整流。

圖 3：TX 和 RX 之間的距離至關(guān)重要

它需要很大的力量

電動(dòng)汽車無線充電需要高功率運(yùn)行。例如，有功率約為 200 kW 的電動(dòng)公交車充電站，可在幾分鐘內(nèi)為數(shù)百公里的旅程充電。這項(xiàng)研究旨在開發(fā)旨在實(shí)現(xiàn)零排放汽車流通的新技術(shù)。一段時(shí)間以來，無線充電試驗(yàn)取得了巨大成功，它不需要使用電纜，并且充電基礎(chǔ)設(shè)施和車輛之間無需物理接觸(圖 4)。當(dāng)車輛位于充電板上方時(shí)，發(fā)射器會(huì)檢測(cè)到車輛的存在并開始利用磁場(chǎng)感應(yīng)電流。

接收板開始捕獲感應(yīng)電流，利用電能為電池充電。駕駛員只需將汽車放在充電板上，充電過程就會(huì)自動(dòng)開始。根據(jù)所使用的系統(tǒng)，所涉及的功率可能非常高，大約為數(shù)十或數(shù)百千瓦。需要考慮的一個(gè)重要因素是，目前，無線充電并非完全取代電動(dòng)汽車的傳統(tǒng)有線充電，而是作為充電程序的輔助手段，在旅途中進(jìn)行更短、更頻繁的充電。對(duì)于更大規(guī)模的充電，可以通過家用壁掛式充電箱或電動(dòng)充電站為車輛充電。根據(jù)最近的研究，目前，無線能量傳輸程序可以非常高效地自動(dòng)感應(yīng)充電電動(dòng)汽車，最高達(dá)約 93%。

圖 4：無需使用電纜即可為車輛充電

結(jié)論

技術(shù)在車輛無線充電領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，未來幾年，無線充電將在道路上得到更廣泛的應(yīng)用。如前所述，最重要的因素是正確定位 TX 和 RX，以有效捕獲所需的能量。然后，電池充電器可以在管理、控制和自動(dòng)化方面自主運(yùn)行。短時(shí)間充電的一大好處是延長電池的使用壽命，因?yàn)榭s短充電周期可以保護(hù)電池并延長其平均壽命。