電動汽車無線充電技術的發展現狀及前景分析

欄目:行業新聞 發布時間:2016-09-26 來源: 中國投資咨詢網
極星輸配電網訊:在政府的大力扶持下,近年來新能源汽車發展迅速,越來越多的人開始選擇接受電動汽車這種環保的出行方式。同時也被許多汽車廠家認為是未來汽車發展的方向,而且都投入了大筆資金進行研發。不過,由于充電問題的現實阻礙,一直以來還沒有得到充分推廣。

       極星輸配電網訊:在政府的大力扶持下,近年來新能源汽車發展迅速,越來越多的人開始選擇接受電動汽車這種環保的出行方式。同時也被許多汽車廠家認為是未來汽車發展的方向,而且都投入了大筆資金進行研發。不過,由于充電問題的現實阻礙,一直以來還沒有得到充分推廣。
     我們知道電動車最重要的部分莫過于電池和充電樁,由于技術瓶頸,短時間內它們只能使用鋰電池,所以無線感應充電樁變成了另一個研發重點。與有線充電樁相比,無線充電有多種優勢,能夠順應新能源汽車未來的發展趨勢。

  Q1:無線充電有哪些方式?原理是什么?

  A:常見的有感應式,共振式和微波傳輸式等形式,都利用電磁感應原理實際上現在劃分的無線充電類型有好些種,比如感應式、共振式、微波傳輸式等等,不過總體來說,它們的基本原理都是一樣的,就是利用交變電磁場的電磁感應,來實現能量的無線傳輸。

 ?。?/span>1)感應式的無線電能傳輸算是目前比較成熟的技術,很多手機無線充電、甚至我們常見的電磁爐就是利用的這種原理。由于數碼設備空間小,接收線圈也小,加上充電設備功率小,所以通常充電的距離近(甚至需要與充電座接觸),不過相對電磁輻射也小。

 ?。?/span>2)共振式則是著名的麻省理工目前在開發的一類充電技術,說起來也不復雜,他們利用電磁感應現象,加上共振的原理,能夠提升無線充電的效率,共振傳輸的距離比普通感應式更遠一些,而麻省理工目前正在進行小型化的研究——對于車長好幾米的電動車來說,這方面的技術壓力倒不是太大。

 ?。?/span>3)微波傳輸此前更多出現在科幻電影或者小說里面,實際上它也是無線電力傳輸的一個很好的方式,只不過受到發送功率等方面的限制,并未大規模實用化。微波傳輸的最大好處就是傳輸距離遠,甚至可以實現航天器與地面之間的能量傳輸,同時還可以實現定向傳輸(發射天線有方向性),未來前景值得期待。

  Q2:無線充電的好處有哪些?

  盡管無線充電樁的普及尚需時日,但是早已顯現出了眾多優勢,比如安全性高、使用便捷、易于安裝等優點。由于無線充電樁可采取分散布局的安裝方式,既可以減小對電網造成的壓力,也可以讓電動汽車充電無需去固定的場所,自由度更高。

  另外,無線充電在硬件方面的標準更容易統一,畢竟說服各家廠商把有線充電的接口都統一并不容易——在手機這方面就比較明顯,各家的充電器都不太一樣,但是無線制式卻只有那么幾種。

  Q3:有待解決的問題有哪些?

  A:傳輸效率,電磁兼容都是實現工程化需要解決的問題

  傳輸效率是所有無線充電都面臨的問題,對于電動車這樣充電功率更大的“電器”來說更是如此——電能首先轉換為無線電波,再由無線電波轉換成電能,這兩次轉換都會損失不少的能量——這與本身就是綠色、環保的電動車來說,似乎顯得有些格格不入。

  電磁兼容也是無線充電需要解決的技術瓶頸之一,眾所周知,電磁波很容易產生泄漏,當大功率的車用無線充電設備運行時,也會對周圍的生物和電子設備產生影響,甚至會危害人體健康,在大家談輻射色變的今天是很敏感的話題,所以這方面如何處理也是電動車無線充電實現工程化需要解決的問題。汽車產品開發過程中,往往也會進行電磁兼容方面的的測試,而無線充電技術顯然提出了更高的要求。利用封閉的自動智能化車庫安裝無線充電設備是解決電磁兼容比較好的途徑,不過成本也確實不菲。

  B:面臨電氣標準、輻射等方面問題

  此外無線充電還是會面臨電氣標準等方面的問題,也有很多人對無線充電的無線充電輻射持懷疑態度,據悉,其實相關企業的無線充電設施早已通過EMF電磁輻射檢測,車內、車前、車頭位置測試結果比世界衛生組織所推薦的國際非電離輻射保護委員會ICNIRP1998和ICNIRP2010標準給出的安全限值27μT分別低409倍、138倍和3.8倍,對人體沒有任何危害。這些都需要工程師和汽車廠商需要去解決的,不過相信關鍵技術問題解決之后,這些問題在大趨勢下也會迎刃而解。

  電動車無線充電發展現狀

  今年5月底,SAE發布電動汽車無線充電標準后,在國內外新能源汽車業界引起廣泛熱議。在做了充分的準備和基礎技術研究后,中國自己的電動汽車無線充電標準也正式起航。中國電力企業聯合會8月24日召開《電動汽車無線充電國家標準制定啟動會》,此次會議邀請了中興新能源等多家無線充電技術領域領先者共同參與,一同進行標準編制。而這次國家標準的制定將為電動汽車無線充電技術提供導向作用,并加強行業管理與指導,進一步推動無線充電樁的普及和應用,助力新能源汽車步入無線充電的時代。

  從國外車企來看,特斯拉、沃爾沃、奧迪、寶馬、奔馳等傳統汽車都已經開始研發或測試旗下電動車的無線充電系統。全球通訊以及IT界的新貴們也將“觸角”伸向了電動車無線充電的新領域。在無線充電的規劃和靜態還是動態充電的選擇上,國內外車企則各有不同。

  一、特斯拉——ModleS無線充電系統PluglessPower

  特斯拉作為當今電動汽車廠商中的佼佼者,不僅旗下車型在續航里程與性能上走在了行業前列,更在車輛智能輔助駕駛、快速充電等科技、配套設施方面為其他廠商樹立了榜樣。在特斯拉發布MdoleSP100D、ModelXP100D兩款高性能車型之際,又有消息傳出特斯拉為ModleS推出了一套專屬的無線充電系統PluglessPower。

  據了解,特斯拉與一家名為Evatran的無線充電供應技術公司展開合作,研發出了一套專屬特斯拉ModelS的無線充電技術,這套無線充電系統的充電功率可達7.2千瓦,每小時為ModelS充入的電量可以提供32公里的續航里程,PluglessPower用的是電磁感應式。

  Evatran的無線充電系統被設計成了類似掃地機器人的模塊形狀,使用時車主需將車輛停在該模塊上,此時固定在地面的充電模塊和車內加裝的越16公斤的接收模塊便可以開始工作,為ModelS充入電能。

  二、沃爾沃——利用道路進行無線充電

  沃爾沃的答案是利用道路進行無線充電。在瑞典,沃爾沃集團、瑞典電力公司Alstom、瑞典能源局正在共同合作測試利用公路給電動汽車充電,通過將兩個電源線鋪設在公路上,電動車經過時便可獲得電力供應。這項技術的核心在于汽車得搭載集電器,集電器與公路上的電纜連接,利用直流電充電。汽車不必走在電纜的中央,但必須時速大于60公里。

  沃爾沃已經在瑞典的Hllered測試中心建立了一條1/4英里長的軌道,用一輛卡車進行測試。未來,當電動汽車需要充電時,必須安裝無線發射器讓道路感知,然后經過加密信號激活充電功能。由于對速度有要求,沃爾沃的這一充電系統適合在高速路上實行,如果未來成真,人們出遠門的時候就不用擔心電力問題。

  瑞典也是歐洲首個大規模試驗電動汽車無線充電技術的國家。參與測試的電動汽車將達20輛,并主要用于市政活動。所測試的電動汽車無線充電技術為電磁感應式技術。目前關于電動汽車無線充電技術無統一標準。該測試項目受瑞典能源署資助,以期早日制定統一的歐洲標準。這也會給電動汽車無線充電技術帶來一定的推動作用。

  三、高通——Halo電動汽車無線充電技術

  在2015年4月22日的FormulaE電動方程式錦標賽上,高通就展示了自己研發的Halo無線汽車充電技術。高通用作技術展示的車型是一對略有改裝的寶馬i8混合動力汽車。

  高通Halo部門高級副總裁GraemeDavison表示,公司對于感應式充電的興趣原本集中在個人電子應用上。他們位于瑞士的研究部門開發了一種高功率的感應充電技術,但研究人員卻找不到它的用武之地。而如今被電動汽車所采用之后,Halo所面臨的問題是這種原本為智能手機所構想的技術能否在提高強度之后為汽車服務。

  高通Halo的感應充電系統工作原理

  高通Halo的感應充電系統實際上是個相對直接明了的構想。想要了解它的工作方式,你首先可以想象出一個變壓器:它由兩個鐵氧體組成,兩者的旁邊還各有一個電線線圈。一般來講,這兩個部分是連接在一起的。交流電會在第一個線圈中被轉換成磁場,隨后再被第二個線圈轉換成直流電。而高通Halo卻將兩個鐵氧體分離開來,并讓系統跨越空氣間隔實現最大功率傳輸。

  和智能手機一樣,汽車獲得無線充電的方式非常簡單。你只要將車開到充電墊的正上方,當充電線圈對齊之后,電流便會開始輸送到汽車當中。如果汽車和墊子之間存在外來物體,系統還可自動暫停充電。

  我們都知道,手機無線充電的充電速度非常慢,那換到電池容量大得多的電動汽車身上,充電速度會不會更慢呢?讓人意外的是,情況并非如此。實際上,傳導充電的效率和有線充電差不多。“由于交流電到直流電的轉換和充電接口的低效率等因素,傳統充電的充電效率大約是95%,”Davison說,“而無線充電目前是90%?!痹谑褂眠@種技術時,充電速度的限制實際在于汽車能夠接受多少電能,而這套系統可兼容3.3kW(13A,220V)和6.6kW(20A,220V)兩種電源供應。

  Halo的無線充電器被放置在了車尾的位置,它看上去是一個比機頂盒稍大一些的金屬盒子,并連接著幾條橙色的電線。至于另一半的充電器,自然就在汽車的下方。感應充電其實是可以作用于移動中的車輛的,之前就有工廠使用這種技術來對機器人和貨車進行充電。Davison表示,Halo目前已經具備了半動態充電的能力,可在最高30mph的速度下進行電能傳輸。

  近期,高通和全球領先的汽車座椅與電氣系統供應商LearCorporation宣布,雙方已簽訂電動汽車無線充電許可協議。Lear將在其產品組合中納入高通Halo電動汽車無線充電技術,支持插電式混合動力汽車和純電動汽車制造商及無線充電基礎設施企業實現電動汽車無線充電系統的商用。

  四、不斷改進的日系無線充電巴士

  日本無線充電式混合動力巴士:電磁感應式,供電線圈是埋入充電臺的混凝土中的。車開上充電臺后,當車載線圈對準供電線圈后(重合),車內的儀表板上有一個指示燈會亮,司機按一下充電按鈕,就開始充電。早在08年這種無需插頭與電源線且不直接接觸電源就能充電的新型混合動力巴士15日在日本投入試運行,它被用于東京羽田機場航站樓之間的旅客運輸。

  2016年2月2日,早稻田大學與東芝的研發小組宣布開發出了高級電動公交車“WEB-3Advanced”,配備了無需連接電源線等即可遠程供電的無線充電裝置和鋰離子電池。已從2月1日開始在川崎市殿町KingSkyFront地區和羽田機場周邊地區實施公路驗證實驗。

  為了在“短時間、安全、不麻煩”的前提下完成高頻率充電作業,配備了東芝新開發的磁共振型無線充電裝置,還做了以下改進:削減了空車重量和車輛初期成本、確保車輛空間、只需在駕駛席操作按鈕即可充電。

  另外,本田的無線充電技術采用磁場共振式,當發射端和接收端有著相同的共振頻率,就能傳遞能量。據本田宣稱,只要有80%的面積重合,就可以為車輛充電。因此對于位置要求相對低,且支持一對多充電。

  五、中興——非接觸的電磁感應方式

  中興通訊的無線供電系統是通過非接觸的電磁感應方式進行電力傳輸。當充電車輛在充電停車位停泊后,就能自動通過無線接入充電場的通信網絡,建立起地面系統和車載系統的通信鏈路,并完成車輛鑒權和其他相關信息交換。充電位也可以通過有線或者無線的方式和云服務中心進行互聯。一旦出現充電和受電的任何隱患,地面充電模塊將立即停止充電并報警,確保充電過程安全可靠。最重要的是,無線充電系統在車輛運行時完全不工作,即使車輛在上面駛過,或者在雷雨等惡劣天氣情況下,也能確保安全。

  資料顯示,中興無線充電技術有四個方面優勢:充電不占場地,全自動無人值守,不增加車輛自身重量,良好的電池保護功能。一輛車充滿電量需要5~6個小時,一次充電車輛可以運營200多公里。

  2015年2月12日消息,據路透社報道,中國智能手機制造商中興通訊的一名高管透露,公司計劃在今明兩年各投資15億元和20億元,共35億元研發汽車無線充電技術。中興通訊企業戰略部門主管GeorgeSun表示,公司已在國內同20多個城市簽署協議,將為公共交通運輸提供無線充電技術。Sun稱:“到目前為止,我們獲得了非常積極的回應。公司為當地政府解決了電動汽車最為頭疼的充電問題?!?/span>

  中興計劃在50-100個中國城市進行無線充電技術的預商用嘗試。并且Sun表示,中興通訊正與幾家中外汽車制造商就無線充電技術車輛洽談合作,但拒絕進行詳細說明。截至目前,在鄭州之外,中興新能源汽車在全國深圳、貴陽、襄陽等11個城市參與投資建設無線充電項目。

  六、比亞迪——WAVE無線充電墊

  比亞迪早在2005年12月就申請了非接觸感應式充電器專利。在2014年7月賣給猶他大學一輛40英尺的純電動巴士,這款巴士就裝配著最新的WAVE無線充電墊。

  七、奧迪——可升降的無線充電系統

  針對無線充電中存在的傳輸效率問題,奧迪提出了一個不同的解決方案,他們開發出了一種可升降的無線充電系統,其最大的特點就是可以讓供電線圈更靠近車輛底部的受電線圈,實現了超過90%的電力傳輸效率,這種方式能夠讓一些高底盤的SUV在充電時保證更好的充電效率。奧迪的無線充電技術僅需要用戶將停車位上安置一塊配置線圈和逆變器(AC/AC)充電板,并連接至電網,當車輛停在電板上時,充電過程會自動開啟。

  這種充電的原理是充電板內的交變磁場將3.3千瓦的交變電流感應至集成在車內次級線圈的空氣層中,實現電網電流逆向并輸入到車輛的充電系統中。當電池組充滿電時,充電將自動中止。感應式無線充電所需的充電時間與電纜充電所需的充電時間大致相同,而且用戶可以隨時中斷充電并使用車輛。

  奧迪的無線充電技術效率超過90%,不受譬如雨雪或結冰等天氣因素的影響。同時,交變磁場只有當車輛在充電板上方時才會產生,并且不對人體或動物構成傷害。未來利用感應線圈的充電原理,奧迪電動汽車不僅可以在駛入車位后自動開始充電,甚至可以在設有感應線圈的公路上,一邊行駛一邊充電。

  總結

  IT大鱷谷歌也正為無人駕駛汽車開發無線充電技術,在加州總部,谷歌已經開始為原型電動無人駕駛汽車測試兩套無線充電系統。

  商業模式方面,中興通訊采取的主要策略是獲得地方特許經營權,再與整車企業合作開展無線充電業務。目前,中興通訊與東風汽車聯合發布了三款無線充電新能源商用汽車,并在湖北襄陽啟動新能源汽車大功率無線充電系統的公交商用示范線。

  無線充電技術作為一種炫酷、便捷的充電方式會逐漸在電動汽車搭載應用,而電動汽車的走俏也為無線充電技術開辟了新的市場商機,我們期待著無線充電技術在將來能夠大放異彩。

  從短期來看,電動汽車無線充電模式還需要消除消費者在輻射安全方面的顧慮,同時,在商業模式方面,需要經過一個探索的過程;但從長期來看,無線充電具有明顯的便捷性,是有益的探索。對重資產運營的充換電基礎設施建設的企業而言,做出重大決策時,務必要放眼長遠。


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