电动汽车无线充电技术

电动汽车无线充电技术，是将无线充电模块配置在智能道路上，同时太阳能等新能源提供电力，大幅减少电动汽车配备的动力电池容量，节能减排，并降低电动汽车的运行成本的一种新兴智慧交通技术。

电动汽车无线充电技术

• 电动汽车无线充电技术的定义
  • 是将无线充电模块配置在智能道路上，同时太阳能等新能源提供电力，大幅减少电动汽车配备的动力电池容量，节能减排，并降低电动汽车的运行成本的一种新兴智慧交通技术
• 电动汽车无线充电技术的工作原理
  • 基于谐振电磁感应原理，与手机无线充电原理相似，通过充电器中的磁性线圈将电流传输至汽车底部的对应线圈，当两者对齐时即开始充电。该技术高效快捷，充电效率可达到90-93%，并能提供高达20kW的充电功率，相当于2级充电速度
• 电动汽车无线充电技术的分类
  • 静态无线充电
    • 通过在停车位置安装充电垫，车辆在停车时自动开始充电，无需人工插拔充电线
  • 动态无线充电
    • 也称为“在行驶中充电”，涉及在道路上安装充电线圈，车辆在行驶过程中通过底盘接收器接收能量
    • 目前动态无线充电技术尚处于初级阶段，需要克服的技术挑战包括能量传输效率、道路建设成本及兼容性问题等，但其潜力巨大，有望成为未来解决电动汽车里程焦虑的重要解决方案之一
• 电动汽车无线充电技术发展历程
  • 2008年：宝马公司推出了一款采用无线感应式充电技术的原型车
  • 2010年：无线充电Qi标准发布，为无线充电技术的商业化奠定了基础
  • 2010年11月，奥克兰大学JohnBoys教授团队在伦敦展示了电动汽车无线充电功能，该团队于2012年被高通收购
  • 2013年，美国WiTicity公司宣布与丰田公司合作，在普锐斯及其他混合动力和EV汽车中部署无线充电系统;
  • 2015年，高通公司在第二届电动方程锦标赛上展示了宝马i8车型7.2kW无线充电系统，同年清华大学贺凡波博士(有感科技CTO)团队在北汽EV150车型成功配套3.3kW无线充电系统，开启了电动汽车无线充电技术的研究热潮;
  • 2017年：通用汽车公司推出雪佛兰S10电动车，该车由磁充电IPT（J1773）系统充电，提供2级（6.6 kW）慢速和3级（50 kW）快速充电
  • 2018年：宝马公司宣布将在BMW530eiPerformance量产车型配备3.2kW无线充电系统。
  • 2018年8月：在张北风光储基地，国网公司的重点科技项目国内首条百米级电动汽车移动式无线充电实验路段正式建成，通过验收并投运
  • 2018年10月：由国网公司打造的世界首条3合1电子公路在江苏同里小镇进行了展示，这是国际上首次实现了路面光伏发电、动态无线充电以及无人驾驶三项技术的融合
  • 2023年：特斯拉申请了四项无线充电相关专利，并在其电池组中加入了“感应式充电器接口”
  • 2024年4月11日：极狐汽车在北京举行了达尔文2.0技术品牌发布会，也向外界展示了其在新能源汽车领域的最新技术成果。其中，在补能方面，极狐汽车还推出一项即停即充的汽车无线充电技术，官方表示预计于2025年量产
• 无线充电技术的核心传输技术
  • 电磁感应式
    • 最常见的无线充电技术，主要通过电磁感应原理进行电能的无线传输，与变压器工作原理一致。当初级线圈接上某个频率的交流电源时，由于电磁感应原理，次级线圈会产生感应电压，这样便把能量从发送端传送到接收端，实现了电能的无线传输
    • 局限性
      • 由于两线圈之间气缝的限制，传输距离比较短，最远只能实现厘米级，而且空气间隙同样对电能传输效率有影响
  • 磁场共振式
    • 原理与声波共振类似，只要两个介质具有相同的共振频率，就能够传递能量
  • 电磁耦合方式
    • 无线电能传输系统的电源由电网接入，接着经过整流电路变换成直流电， 将直流电输入高频逆变器后输出固定频率的高频电流，经过发射端补偿电路后，高频电流驱动发射线圈产生较强的交变磁场。接收端磁耦合 结构通过磁耦合的方式将附近空间中的磁场能转换为同频率的交流电，高频交流电经过接收端补偿电路输入整流器，整流器将高频交流电转 换为直流电为电动汽车锂电池负载进行充电
  • 无线电波式
    • 无线电波又叫电磁波，利用无线电波进行电能传输，是另一种比较可靠的无线充电方式。此方式最重要的一部分是天线，由天线来进行能量的转换与传输，通过发射装置之后，电能变换成电磁波，调整角度之后的接收装置收到无线电波，再把电磁波转化为电能
• 电动汽车无线充电技术的优势和争议
  • 优势
    • 充电设备占地小、充电便利性高；
    • 充电设施可无人值守、后期维护成本低等优势；
    • 在相同的占地面积下，相比于传统的充电桩充电，使用无线充电可以充电的电动车数量有所提升，增大了空间利用率。
  • 争议
    • 充电标准不统一
      • 限制无线充电发展的一个重要原因就是充电标准不统一，统一充电标准对于无线充电发展来说是一个必不可少的过程。
    • 成本较高
      • 电动汽车的无线充电需要较高难度的技术，在还没有普及和量产之前，所需的成本要高于有线充电。因此，较高的成本依然阻碍着无线充电技术的普及和量产，技术的进步在未来应该能使其成本逐渐降低。
    • 安全隐患
      • 电能转化为电磁波之后会产生高频辐射，而且充电的时候如果有小动物或者金属异物介入，也会引起故障，存在一定的安全隐患。
• 电动汽车无线充电技术国内政策及标准
  • 标准
    • GBIT38775.1《电动汽车无线充电系统第1部分:通用要求》;
    • GB1T38775.2《电动汽车无线充电系统第2部分:车载充电机与充电设备之间的通信协设》;
    • GBT 38775.3《电动汽车无线充电系统第3部分:特殊要求》;
    • GBIT38775.4《电动汽车无线充电系统第4部分:电磁环境限值与测试方法》
    • GBT38775.5《电动汽车无线充电系统 第5部分:电磁兼客性要求和试验方法》
    • GBIT38775.6《电动汽车无线充电系统第6部分:互操作性要求及测试地面端》
    • GB/T38775.7《电动汽车无线充电系统第7部分:互操作性要求及测试车辆端》
  • 政策
    • 《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》： 该规划由国务院办公厅发布，鼓励开展换电模式应用，加强智能有序充电、大功率充电、无线充电等新型充电技术研发，提高充电便利性和产品可靠性。
    • 《无线充电(电力传输)设备无线电管理暂行规定》： 该规定于2023年5月发布，填补了对无线充电设备监管政策的空白，有助于避免对各类依法开展的无线电业务产生有害干扰，维护空中电波秩序，促进无线充电产业高质量发展
• 电动汽车无线充电技术应用场景
  • 动态无线充电高速公路
    • 采用磁耦合无线电能传输技术，通过在原有路面下层铺设发射线圈、高频逆变器和补偿网络等组件，形成供电导轨
    • 在电动汽车动态无线充电过程中，发射线圈能够识别并定位接收线圈的位置。一旦发射线圈靠近接收线圈，便会自动启动，通过磁感应在接收线圈和发射线圈之间传输电能，从而为车载电池组充电
    • 当没有车辆经过时，发射线圈会保持关闭状态，以节约能源。高速公路上车辆的平均行驶速度为80km/h，最高速度可达120km/h，通常分为行车道、快车道、慢车道和超车道。为了提升效益，动态无线充电车道一般设置在双向车道的快车道上
  • 静态无线充电站
• 电动汽车无线充电技术未来发展趋势
  • 技术进步与成本降低
    • 随着无线充电技术的不断迭代和优化，其效率和功率将进一步提升，同时成本也有望降低。这将使得电动汽车无线充电更加实用和经济
  • 标准化与兼容性提升
    • 目前，电动汽车无线充电技术在国内外已经有一定的标准化工作正在进行。未来，随着标准的进一步完善和统一，不同品牌和型号的电动汽车将能够实现更好的互操作性，提高用户体验
  • 动态无线充电的发展
    • 动态无线充电技术是未来的一个重要发展方向。通过将发射线圈连接起来，实现边走边充电，真正解决行驶过程中里程焦虑的问题。这一技术的应用将极大地推动电动汽车的普及和发展
  • 与自动驾驶技术的结合
    • 随着自动驾驶技术的不断发展，电动汽车无线充电将与之紧密结合。无线充电将成为自动驾驶汽车自动泊车、自动充电的重要解决方案，为用户提供更加便捷和智能的出行体验。
  • 产业化加速与市场扩大
    • 目前，电动汽车无线充电的产业化已经全面启动，国内外多个车企和设备制造企业都在积极布局这一领域。未来，随着技术的成熟和市场的扩大，电动汽车无线充电将迎来更加广阔的发展前景