电动汽车无线充电技术介绍第二部分

[导读]发射器和接收器谐振器线圈的设计和形状对系统性能具有关键影响。对于静态充电，发射器线圈采用扁平垫的形式，其中包含用于产生磁场的线圈和用于引导磁场的铁氧体层，以及用于屏蔽的铝层。

发射器和接收器谐振器线圈的设计和形状对系统性能具有关键影响。对于静态充电，发射器线圈采用扁平垫的形式，其中包含用于产生磁场的线圈和用于引导磁场的铁氧体层，以及用于屏蔽的铝层。

每种设计都有不同的特性：例如对线圈旋转或磁通模式的敏感性。具有双极场的“双 D”(DD) 形配置的发射器线圈，其中每个线圈中的磁通量以相反的方向流动。这种设计对接收器线圈的方向(旋转)具有很高的灵敏度，但不需要车底屏蔽。

标准化：SAE J2954

虽然 J1773 已死，但为电动汽车开发感应充电标准的努力正在取得成果，现在更名为无线充电传输 (WPT)。SAE 自 2012 年以来一直致力于J295 4，用于管理电动汽车无线电力传输 (WPT) 的标准。

参与者包括通用汽车、宝马、福特、日产和丰田等汽车原始设备制造商，一级供应商德尔福、松下和麦格纳，高通和 LG 等 WPT 供应商，以及阿贡国家实验室、EPA、 DOT、UL 和田纳西大学。

目标是在住宅区或停车场的静电充电效率至少达到 90%。J2954 还计划未来使用嵌入式系统进行道路动态充电。该标准为轻型和重型应用定义了三个充电级别，WPT1(住宅：3.7kW)、WPT2(私人/公共停车场：3.7kW)和 WPT3(快速充电：22kW)。

对于轻型车辆使用，SAE 团队确定了 85 kHz 的充电频率，该频率位于国际可用的频段内。该团队希望在 2017 年之前完成 J2954 标准，并在 2016 年底发布建议。

售后系统和 OEM 活动

许多供应商正在开发售后市场感应充电系统，这些系统可以添加到电动汽车中而不会使保修失效。通常，这些使用安装在车库、停车设施或道路上的地面充电垫。

高通的Halo WEVC 技术采用了这种方法。测试表明，150 毫米(6 英寸)的距离提供了最佳效率，但最大高度为 250 毫米(10 英寸)是可能的，允许 SUV 使用无线充电板;将来需要在更高的高度操作才能在车道或路面下安装垫。

Evatran 提供他们的Plugless L2 3.3kW 静态充电系统，直接出售或租赁给消费者。该系统在 208 – 240 VAC 住宅电源上运行，并包括一个联锁装置，以防止同时感应和传导充电。最初，雪佛兰 Volt、日产 Leaf 和凯迪拉克的 ELR 都有版本。

Witricity 与麻省理工学院开发的谐振耦合 IP 合作，宣布推出WiT-3300开发套件，以帮助用户评估其 WPT 技术。该公司声称在长达 15 厘米的距离内，功率传输高达 3.3kW，线圈到线圈的效率高达 97%。可用选项包括测试软件、谐振器测试台和其他评估项目。

OEM 本身呢?尽管英菲尼迪确实在 2012 年纽约车展上展出的 LE 概念车中加入了 WPT，但他们正在等待最终确定感应充电标准。

其他原始设备制造商正在进行可行性研究和试验。例如，2014 年，丰田宣布正在对其 2kW 无线充电系统进行验证测试。为了帮助驾驶员将车停在最佳充电位置，测试车辆包括一个停车辅助功能，该功能可指示发射线圈在停车位中的位置。

在赛车运动方面，虽然电动汽车的开轮赛车系列 Formula E 尚未为赛车使用无线充电，但其改装的 BMW i8 和 i3 赛道车仍然使用 Qualcomm Halo 系统充电;一辆车位于维修区的每一端，以便在需要时冲刺到赛道上的事故。

安全问题

无线系统有两个主要的安全问题：线圈之间的异物和 EMI 的影响。

发射器和接收器线圈之间的金属物体会被磁场加热。超过一定大小，产生的热量会带来安全风险，检测其存在的一种方法是通过感应涡流引起的磁场干扰，传感器阵列可以检测到这种干扰。WiTricity Wit-3300系统正是采用了这种方法;如果它检测到有潜在危险的物体，它会通过 CAN 串行总线关闭 WiTricity 电源。小于 2.5 cm2 的金属物体不会造成风险，也不会被检测到。

另一个问题是EMI。精心的线圈设计最大限度地减少了车辆外壳外部发出的 EM 辐射量，因此即使靠着车辆躺在地上也不会加热组织或增加患癌症的风险。在设备中，人们担心无线充电可能会干扰其他无线设备的操作，例如远程无钥匙进入 (RKE) 系统。

展望未来

随着售后市场系统变得更加广泛可用，静态 WPT 系统将在未来几年慢慢出现。一旦 J2954 最终确定，并且 OEM 开始将 WPT 作为标准功能，速度将会加快。从长远来看，充电基础设施将缓慢扩展，既有独立安装，也有作为加油站的补充。

正在研究的一种方法是动态充电，即电动汽车在日常行驶期间从分布式充电器快速充电。部分动态充电系统已在公交车上进行了试验;公共汽车从每站停顿三十秒左右开始获取能量。添加 WPT 可使公共汽车拥有更小的电池，从而减小尺寸、重量和成本。

展望未来一两年，真正重大的变化将是全动态充电的实施，即电动汽车在经过路面下间隔嵌入的线圈时获取电力。