电动汽车静态无线充电技术及发展方向

更新时间:2021-04-12 点击数:1028

近年来随着经济的快速发展,汽车持有量持续攀升,但由于传统燃油汽车会产生大量尾气,在给人们带来便捷的同时,也给环境和资源带来了巨大的压力。大力发展新能源电动汽车,能够加快燃油替代,减少汽车尾气排放,对保障能源安全、促进节能减排、防治大气污染具有重要意义。

新能源电动汽车的发展得到了世界各国政府的大力支持,我国国务院在2012年6月28日印发了《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020年)》,提出到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆的目标。


但电动汽车(Electric Vehicles, EV)的推广仍面临着诸多困难,其中续航里程是制约新能源电动汽车发展的主要瓶颈之一。由于车载电池容量的限制,电动汽车必须进行充电操作,目前市面上电动汽车的充电方式主要有有线充电和无线充电两种。其中,有线充电是较为普遍的充电方式,但有线充电存在着许多局限性,如连接部分易损坏(老化、漏电)、插拔时容易产生火花存在安全隐患、占地面积大、需要人工操作和维护等。

而相比于有线充电,无线充电具有占地面积小、方便灵活、无需插拔安全性高、不受恶劣天气影响、维护成本低、与电网互动能力强、充电更加智能化等优点,因而受到越来越多的关注。

电动汽车无线充电的类型主要分为静态无线充电、动态无线充电和准动态无线充电三种。静态无线充电技术是在电动汽车停止时给汽车充电,适合于停车场、商场、居民区等应用场合;动态无线充电则是在汽车行驶过程中给汽车充电,能持续为汽车提供能量,允许电动汽车搭载较小容量的电池;准动态无线充电则是在汽车短时间停靠的地方给汽车充电,如在交通信号灯处,这样可以在途中给汽车补充能量。

动态无线充电和准动态无线充电都能有效延长电动汽车行驶里程,但是需要对指定道路进行改造,前期成本投入较大,后期也需要较多的人工维护,而静态无线充电则较为灵活便捷。

静态无线充电技术,按照传输机理又可分为电磁辐射式、电场耦合式和磁场耦合式三种。辐射式无线电能传输技术利用远场进行能量传输,主要包括无线电波式、激光等,适合于远距离无线输电,但效率很低,且微波、无线电波式等传输功率很小,而激光式目前技术仍未成熟。

电场耦合式、磁场耦合式无线电能传输技术利用近场传输电能,其中电场耦合式利用电容的电场进行能量传输,磁场耦合式则以交变磁场进行能量传输,由于电场对于人体影响较大,电场耦合式研究较少,相对地,磁场耦合式则受到了较多关注,也被广泛应用于电动汽车静态无线充电中。

磁场耦合式无线电能传输技术又可分为感应式和谐振式。感应式传输功率大,近距离传输效率较高,但由于其基于电磁感应定律,对耦合系数较为敏感,仅适用于近距离传输;谐振式基于磁共振原理,传输距离可几倍于发射线圈,适合于中距离传输,且电能传输不受空间非磁性障碍物的影响,在电动车汽车静态无线充电中更具优势。

目前,国内外高校、科研机构对于电动汽车静态无线充电系统的研发大多处于工程样机阶段,而各大企业侧重在提供解决方案上,电动汽车无线充电技术在产业化、商业化的过程中仍有不少问题尚待解决:

(1)促进科研成果转换。

电动汽车无线充电产品的研发应依托最新的科研成果,加强产学研的有机结合,充分利用各大高校、科研机构掌握的前沿核心技术,并发挥企业创新主体的作用,促进科研成果转换,这将有助于电动汽车静态无线充电技术商业化进程。