1.2 無線充電關鍵技術

近年來，全世界對電動車輛的設計和制造等都提出了更高的要求，對提高電動車輛技術的需求日漸增長，但是，在電子器件增加的同時，電器配線和各種信號配線也越來越多，許多電動車輛的線束重量和線束直徑已分別達到甚至超過了50kg和16cm，車內電線總長度可能超過10km。由于導線太多，嚴重地干擾了電動車輛零部件的設計、布局和制造，另外，給電動車輛的維修也帶來許多不便，還制約了電子技術在電動車輛上的廣泛應用。在這種情況下，研究人員一直在研究如何在不使用電線的情況下輸電。他們利用了“共振”原理，當送電方的電源接通后，兩個線圈都以10MHz的頻率振動，從而產生強大的電磁場，送電方發出的電磁振動即可傳到受電方。兩個線圈雖未相連，仍可完成隔空供電，使燈泡發光。即使在電源與燈泡中間擺上木頭、金屬或其他電器，燈泡仍會發亮?！盁o線輸電”技術的突破之處在于，找到了“抓住”電磁波的方法，即利用物理學的“共振”原理——兩個振動頻率相同的物體能高效轉換能量。因此，研究人員先將能量囤積在發送端，而共振頻率相同的接收端靠近時，這些能量就會通過共振效應將電流傳送到接收端，最終實現電力的無線傳播。

無線充電就是通過電磁的轉換，將之前通過電纜進行轉換的電能取消物與物的連接進行充電。沒有電纜之間的連接，就給了電動車更多的自由度，這是電動車最需要的。目前，為了解決這個困境，采用二次能量存儲和攜帶來供應電動車的運行能量，現在炙手可熱的特斯拉汽車，也無法避免底盤周圍龐大數量的電池布置。所以，我們看到大家對于電池發展的期待是非常高的，把“遠程無線充電”列成一項值得期待的未來汽車變革技術，當然這項技術和目前的無線充電技術有沒有關系、有著什么樣的關系，還很難界定，或許我們目前能夠看到的電磁世界對于支撐遠程無線供電還不具備可能性，但是物理界以及相關的設備制備方面，這方面的能力仍然不可小視，這種可能性隨時可能發生。如果遠程供電能力不具備，則在一段路上鋪設無線充電設備，電動汽車在這條路上行駛的過程中，就可以充電——這個技術難度有限，可能成本也比較高，但這種辦法可以越過汽車電池的束縛。電動車如果少了電池有線充電這個包袱，一方面整體的成本可以降低，同時重量也可大幅度下降，更為重要的是，消費者擔心的著火等事情和電動車輛就基本上脫離了關系，這些車輛比現有車輛更為安全，這才是人們真正期待的電動車輛，也是無線能量轉換技術的特色。

無線充電技術源于無線電力輸送技術。無線充電，又稱為感應充電、非接觸式感應充電，是利用近場感應，也就是電感耦合，由供電設備（充電器）將能量傳送至用電裝置，該裝置使用接收到的能量對電池充電，同時供其本身運作之用。因為充電器與用電裝置之間以電感耦合傳送能量，兩者之間不用電線連接，所以充電器及用電裝置都可以做到無導電接點外露。無線充電技術的商用為現有插電和換電模式新增了一種電動車輛充電模式，主要由地面能量發送模塊和車載能量接收模塊等組成，如圖1-5所示。來自電網公司的交流電在地面能量發送模塊里被轉換成為幾十千赫的電磁能，穿過地面與車底盤之間的空氣間隙被裝載于車底部的能量接收模塊感應接收，之后再轉變成為車載電池充電所需的電能。地面能量發送模塊可以地埋，不影響路面的通過性，支持在都市核心區域利用現有路面和停車場進行改裝建設大功率無線充電設施，可以有效提升新能源公交線路的系統投資效率和社會效益。該技術能夠對加速電動車輛充電基礎設施建設產生革命性推動作用，成倍提升投資效率，解決在都市核心地帶大量建設充電設施的老大難問題，并且公交車在改造過的停車位?？亢缶涂梢赃M行充電，無須人工插拔充電槍，完全不受泥沙和水浸的影響。大功率無線充電解決方案的優點總結為：站不征地、車不增負、充不動手、路不白跑、電不過放。

無線充電主要分為以下三種。

電磁感應式充電：一次線圈中一定頻率的交流電，通過電磁感應在二次線圈中產生一定的電流，從而將能量從轉換端轉移到接收端，如圖1-6所示。目前最為常見的充電墊方案就采用了電磁感應，事實上，電磁感應解決方案已在電動車輛技術上實現，如圖1-7所示。

磁場共振充電：由能量發送裝置和能量接收裝置組成。當兩個裝置調整到相同頻率或者說在一個特定的頻率上共振時，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在研究的一種技術，如圖1-8所示。如果線圈尺寸縮小，則接收功率也會下降。

無線電波式充電：這是發展較為成熟的技術，類似于早期使用的礦石收音機，主要由微波發射裝置和微波接收裝置組成，可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負載做出調整的同時保持穩定的直流電壓。此種方式只需一個安裝在墻身插頭的發送器，以及可以安裝在任何低電壓產品的“蚊形”接收器，如圖1-9所示。

未來無線充電將用于更加廣泛的環境中，以實現車輛的半動態及動態充電。要想實現這個目標，需要在城市道路中埋設大量的充電板，當車輛在充電板上方駛過時，便可以進行連續的充電，理想的狀態是，車輛可以在行駛中將電池組充滿。當然，想要實現這個目標，人們還需要在技術、安全、標準、成本和政策等方面進行更加深入的努力，但這樣的未來確實值得人們期待。無線充電和當年的無繩電話一樣，短距離的無線充電意義不大，但由短距離開始，從開始的無繩電話到智能手機，以及當下的移動互聯網，這個改變需要時間的積累。但是，很多人可能已經考慮到一個難題，電動車輛的充電站如何建設，如果電動車輛想要普及的話，城市居民居住的小區如何去建設充電站，首先車位不足，然后是有車位的如何進行充電樁的改建，建設一個充電樁以及改動相關線束確實存在困難，無線充電技術還沒有能力去實現遠程充電，但中距離的充電能力已具備?？焖贌o線充電技術總體解決方案如圖1-10所示。