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無線充電綜述：發展歷程、技術方式、主要企業...

2018-01-18 15:21:59 賽迪智庫　點擊量：評論 (0)

一、無線充電帶來變革目前各類電動汽車的充電方式主要以充電站、充電樁或更換電池的模式為主，雖然全球充電站和充電樁的建設速度日益加快，

一、無線充電帶來變革

目前各類電動汽車的充電方式主要以充電站、充電樁或更換電池的模式為主，雖然全球充電站和充電樁的建設速度日益加快，但仍然無法匹配電動汽車快速增長的需求，成為了制約電動汽車發展的最大瓶頸之一。

WCT作為一種新興的充電技術，相比于傳統充電技術，具備可靠性高、安全性高、空間利用率高、單位投資效益高、建設時間短、使用與管理便捷等優勢。

一是可靠性高。傳統有線充電站模式在惡劣天氣使用非常不便，充電設備易受環境影響產生積塵老化等問題，后續設備維護難度高成本大。而無線充電可以采取密封安裝與無接觸使用，可在惡劣天氣條件下進行使用并提高了可靠性。

二是安全性高。電動汽車無線充電沒有外露的連接器，徹底避免漏電、跑電等安全隱患，保障人身安全。

三是空間利用率高。由于無線充電設備貼近地面安裝，甚至可以埋入地下，在相同建設面積情況下，可植入的充電設備數量更多，增加了充電站空間利用率。

四是單位投資效益高。2000萬投資，有線充電僅能提供4-8個停車位，支持40輛左右大巴，而無線充電可建造80個停車位，支持400輛大巴，或1000輛左右乘用車停車位。

五是建設時間短。相比于一個有線充電站需要約6個月時間建設，無線充電僅需一個月，其中包含兩周水泥凝固時間。

六是使用與管理便捷。無線充電設備簡化了充電流程，可以配合網絡進行無人化管理，無需專業人員值守，將來更可以配合自動駕駛與車聯網，在方便了用戶的同時也降低了充電站的運營成本。

二、無線充電發展歷程

最早提出WCT設想的是尼古拉•特斯拉(Nikola Tesla)。1890年，特斯拉提出：把地球作為導體，在地球與電離層之間建立起低頻共振，利用環繞地球的表面電磁波來遠距離傳輸電力。1901年，特斯拉嘗試建立瓦登克萊弗塔(Wardenclyffe Tower)。這其實是一個大功率的無線發射塔，按照特斯拉的設想，它可以向大西洋對岸傳送電話、廣播，甚至無線輸電。由于缺乏足夠資金，特斯拉的嘗試以失敗告終。但人類對WCT的研究并未就此終結。在隨后的幾十年中，經過不斷的研究與改善，WCT逐漸普及推廣。

20世紀60年代初期，雷神公司(Raytheon)做了大量的無線充電研究工作，從而奠定了無線充電的實驗基礎，使這一概念變成了現實。

2007年6月，麻省理工學院(MIT)的Marin Soljacic帶領的研究團隊在美國《科學》雜志的網站上發表了研究成果，團隊利用電磁共振器和電源隔空點亮了一盞2 m 開外的60 W 電燈泡。這項技術最遠傳輸電能距離為2.7m，但研究者相信，電源已經可以在這范圍內為電池充電。而且只需要安裝一個電源，就可以為整個屋里的電器供電。

三、無線充電技術方式

WCT簡單來說是將電能轉化為可無線傳播的能量形式并發射出去，然后再在接收端將接收到的能量轉化為電能，從而實現電能的無線傳輸，并進一步將電能存儲到電池內實現充電。

WCT可以分為四種類型，第一類是通過“電磁感應”(MI)磁耦合進行短程傳輸，第二類是將電能以電磁波“射頻”或非輻射性諧振“磁場共振”(MR)等形式傳輸，第三類是將電能以微波的形式無線傳送，即“無線電波”形式，第四類則是“電場耦合”方式。

電磁感應式WCT，是利用電磁感應的原理，通過線圈間的感應耦合作用使能量從發射線圈轉移到接收線圈，從而實現短距離的無線電能傳輸，類似于變壓器的原理。電磁感應式WCT的主要優勢在于工作頻率一般為幾十KHz，輸出功率大、效率高。磁感應能量耦合一般會采用鐵氧體磁芯，能夠大大提高線圈間耦合系數，提高無線傳輸效率。缺點是對位臵敏感度特別高，需要原邊側和副邊側距離貼近且位臵高度對準，傳輸距離較近，一般為幾mm 到數十cm 距離。

磁場共振式WCT，同樣采用電磁感應原理，不同之處在于發射與接收線圈采用諧振方式工作。將發射線圈的工作頻率與接收線圈的諧振頻率調節一致，形成共振，可以在接收線圈中產生電流，實現電能的無線傳輸。磁場共振式WCT的主要優勢在于可以實現中遠距離傳輸，能夠達到幾cm至幾m;對于線圈對位精度要求不高，有助于充電設備建設;發射裝臵與接收裝臵都可以采用密封結構，對于惡劣環境的可靠性與適應度很高。缺點是損耗很高，距離越遠，傳輸功率越大，損耗也就越大，必須對使用的頻段進行保護。

無線電波式WCT，主要由微波収射裝置和微波接收裝置組成。接收電路可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負載作出調整的同時保持穩定的直流電壓。

電場耦合式WCT，利用通過沿垂直斱向耦合的兩組非對稱偶極子而產生的感應電場來傳輸電能，其基本原理是通過電場將電能從収送端轉移到接收端。

無論哪種類型，其實都是為了解決一個問題：充電便利性。綜合來看，電磁感應式與磁場共振式是目前最為合適的WCT，目前正在進行無線充電研發的車型幾乎都使用此兩種技術。

電動汽車采用電磁感應式或磁場共振式其構型基本一致，將充電電纜和反射線圈埋設在停車位組成供電機構，當車輛駛入停車位，安裝在車輛底部的接收線圈與發射線圈重合，車輛與充電服務器建立通訊開始充電，發射線圈產生交變磁場，接收線圈產生電流通過逆變器將電能傳遞到電池。

四、當前研發無線充電的主要企業

從技術路徑而言，目前正在進行無線充電研發的車型幾乎都使用電磁感應式或磁場共振式WCT。

采用電磁感應式的企業主要有寶馬、奔馳、奧迪、沃爾沃等。

寶馬在2017年9月宣布，2018款530e混動汽車將配有無線充電系統配件。寶馬汽車的無線充電系統由一個可以安裝在車庫的集成初級線圈基座構成，車庫的上層可以安裝一個次級線圈。在兩個線圈之間產生交變磁場，電力以高達3.2kW的充電速率進行無電纜傳輸。具體使用時，客戶只要將車停于充電板上后熄火，無線電充電功能將自動啟動。寶馬530e搭載9.4千瓦時電池，大概需要3.5個小時就可以充滿，充電速度比3.7 kW的車載充電器要慢一些，僅供2018款寶馬530e在電動模式下能行駛16英里(26公里)。