“無(wú)線(xiàn)充電器”。“電動(dòng)汽車(chē)”。兩個(gè)被廣泛討論的概念。將它們放在一個(gè)句子中，例如“讓我將電動(dòng)汽車(chē)連接到無(wú)線(xiàn)充電器?” 沒(méi)那么多。

今天幾乎所有的電動(dòng)汽車(chē)都使用傳導(dǎo)充電，但仍然存在揮之不去的擔(dān)憂(yōu)。安全是一個(gè)潛在問(wèn)題，尤其是在潮濕條件下。家用 110V 或 220V 系統(tǒng)最多需要 10 小時(shí)才能為 EV 充滿(mǎn)電。公共快速充電站有更多可用電量，可以在更短的時(shí)間內(nèi)為電動(dòng)汽車(chē)充電，但它們占用大量空間，設(shè)備可能被盜。此外，快速充電器會(huì)降低電池壽命。

無(wú)線(xiàn)充電在低功耗消費(fèi)應(yīng)用中已經(jīng)存在多年——無(wú)線(xiàn)剃須刀隨處可見(jiàn)，電動(dòng)牙刷自 1990 年代初就開(kāi)始使用它。甚至醫(yī)療領(lǐng)域也在使用無(wú)線(xiàn)充電進(jìn)行皮下植入物。

在汽車(chē)領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)充電是 GM EV1 的一項(xiàng)功能，這是主要制造商的首款量產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)。EV1 以及數(shù)百輛第一代豐田 RAV4 EV 和雪佛蘭 S10 EV 使用符合 J1773 標(biāo)準(zhǔn)的槳通過(guò)感應(yīng)充電。

有三個(gè)充電級(jí)別。車(chē)輛本身包括一個(gè) 1.2kW 1 級(jí)充電器，該充電器使用標(biāo)準(zhǔn)的 120V 插座。它可以充滿(mǎn)電，但需要長(zhǎng)達(dá) 14 小時(shí);它的主要目的是提供快速充電，讓車(chē)輛回家或到商業(yè)充電站。

對(duì)于家庭安裝，2 級(jí)充電器提供 6.6kW，但需要 208-240vac 電源。將 EV1 充滿(mǎn)電需要 8 個(gè)小時(shí)，盡管它可以在一到三個(gè)小時(shí)內(nèi)達(dá)到 80% 的電量。

不幸的是，對(duì)于 J1773，2001 年加州空氣資源委員會(huì) (CARB) 決定將 J1772(一種導(dǎo)電(有線(xiàn))充電接口)作為加州電動(dòng)汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致其消亡。

在那之后，無(wú)線(xiàn)充電的進(jìn)展一直很緩慢，盡管自 1997 年豐田普銳斯推出以來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)成為主流汽車(chē)領(lǐng)域的一部分。

不過(guò)，現(xiàn)在，未來(lái)看起來(lái)更加光明。Navigant Research在其研究報(bào)告“電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)”中預(yù)測(cè)，2013 年至 2022 年，全球輕型汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電設(shè)備的銷(xiāo)售額將以 108% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率 (CAGR) 增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)2022年的年銷(xiāo)量略低于302,000輛。

不過(guò)，讓我們不要太興奮。為了在 2022 年實(shí)現(xiàn)超過(guò) 100% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率，預(yù)測(cè)需要從 2013 年 400 輛的微小起點(diǎn)開(kāi)始，這一年純電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量約為 110,000 輛。

盡管在市場(chǎng)上進(jìn)展緩慢，但無(wú)線(xiàn)充電有幾個(gè)理想的特點(diǎn)：

· 充電過(guò)程簡(jiǎn)單、自動(dòng)，無(wú)需司機(jī)輸入

· 與有線(xiàn)系統(tǒng)相比，它具有抗破壞性，甚至可以安裝在車(chē)庫(kù)表面下方

· 不需要接觸，也沒(méi)有暴露的電氣連接

· 對(duì)車(chē)輛的影響小——安裝的設(shè)備小而輕

· 新設(shè)計(jì)效率高，媲美有線(xiàn)充電

無(wú)線(xiàn)充電原理

電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)線(xiàn)充電使用近場(chǎng)充電 (NFC)：發(fā)射線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)感應(yīng)將能量傳輸?shù)礁浇慕邮站€(xiàn)圈。發(fā)射器線(xiàn)圈產(chǎn)生的穿過(guò)接收器線(xiàn)圈并有助于功率傳輸?shù)拇磐坎糠质莾蓚€(gè)線(xiàn)圈之間距離的函數(shù)。傳輸效率取決于線(xiàn)圈之間的耦合 (k) 及其品質(zhì)因數(shù) (Q)。

緊耦合系統(tǒng)提供了最有效的功率傳輸，但代價(jià)是對(duì)線(xiàn)圈錯(cuò)位的高度敏感。此類(lèi)系統(tǒng)在發(fā)射器和接收器在幾毫米范圍內(nèi)的手機(jī)等消費(fèi)應(yīng)用中很受歡迎。電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電需要在線(xiàn)圈對(duì)齊方面具有更大的靈活性和更長(zhǎng)的范圍，因此它使用具有諧振接收器-發(fā)射器組合的系統(tǒng)。這允許更松散的耦合，但效率較低。 如果兩個(gè)高 Q 諧振器放置得非常接近，使得它們之間存在耦合，則諧振器可以交換能量。

發(fā)生器輸出幅度為 Vg、頻率為 ω 的正弦電壓，輸出電阻為 Rg。源(發(fā)射器)和設(shè)備(接收器)諧振器線(xiàn)圈由電感器Ls 和Ld表示，通過(guò)它們的互感M耦合，其中M = k √ ( LsLd )。

諧振器由線(xiàn)圈和電容器串聯(lián)構(gòu)成。Rs 和Rd 是各個(gè)諧振器的線(xiàn)圈和諧振電容器的寄生電阻。負(fù)載由等效交流電阻RL表示。

最大功率傳輸效率 (PTE) 出現(xiàn)在諧振頻率，并且是兩個(gè)線(xiàn)圈電磁耦合的函數(shù)。當(dāng)源阻抗和設(shè)備阻抗匹配時(shí)，它們之間的功率傳輸 (PT) 就會(huì)發(fā)生。如果兩個(gè)線(xiàn)圈強(qiáng)耦合，則 PT 隨頻率而變化，在諧振頻率之上和之下具有雙峰。

PTE和PT不能同時(shí)優(yōu)化;EV 充電器設(shè)計(jì)通常側(cè)重于首先提高 PTE，然后使用自適應(yīng)阻抗匹配等技術(shù)來(lái)提升 PT。