王麗芳：《電動(dòng)汽車無線充電關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)》

 

2. 智能化：無論是燃油車還是電動(dòng)車，智能程度都在逐漸提高。

 

3. 共享化：共享單車是最常見的交通工具共享形式，將來汽車也會(huì)朝這個(gè)方向發(fā)展。

 

4. 網(wǎng)聯(lián)化：車與車之間、車與外界的網(wǎng)絡(luò)連接將越來越緊密。

 

電動(dòng)汽車的發(fā)展按照智能駕駛分級(jí)，從完全人工駕駛的L0級(jí)逐步發(fā)展到全自動(dòng)無人駕駛的L5級(jí)。目前，L2級(jí)已經(jīng)普遍應(yīng)用于許多車輛上，尤其是電動(dòng)車。新勢(shì)力車企今年推出了許多智能化程度高的電動(dòng)車型，不僅在電動(dòng)化和行駛里程方面表現(xiàn)突出，智能化程度也備受關(guān)注。盡管目前大多數(shù)車還是有人駕駛，最高級(jí)別為L(zhǎng)3級(jí)，L4和L5級(jí)無人駕駛技術(shù)仍在發(fā)展中，一些電動(dòng)出租車也在進(jìn)行無人駕駛的示范運(yùn)行。

 

隨著智能駕駛的發(fā)展，特別是無人駕駛階段的到來，自動(dòng)充電將成為必要。除了無線充電，有線自動(dòng)充電也是其中一種方式。

 

無線充電的優(yōu)勢(shì)在于無需接觸，避免磨損，并在惡劣天氣下更為安全。無線充電技術(shù)的原理是通過磁耦合諧振實(shí)現(xiàn)能量傳輸，盡管成本較高，但在用戶體驗(yàn)和安全性上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

 

她指出，電動(dòng)汽車的無線充電是中短距離，因?yàn)檐囕v具有特殊性，并且離地間隙有國家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際車輛在行駛過程中對(duì)路面也有特定要求?；谶@些使用場(chǎng)景和要求，電動(dòng)汽車通常采用磁耦合諧振式的無線充電技術(shù)。人們目前熟悉的無線充電應(yīng)用于手機(jī)、電動(dòng)牙刷等小型家電，但這些設(shè)備的功率級(jí)別非常低，特別是手機(jī)，通常在出差時(shí)可以在酒店房間使用小端口充電，簡(jiǎn)便易行。

 

與手機(jī)不同，汽車要求更高的功率，并對(duì)效率有更高的要求，充電距離通常不是簡(jiǎn)單的0或1厘米，而是至少幾厘米，甚至高達(dá)十幾厘米，具體取決于車輛的離地間隙。這是汽車無線充電的特點(diǎn)。

 

無線充電技術(shù)原理是原邊輸入電之后，由原邊發(fā)送單元，經(jīng)過中間的無線能量傳輸單元，到達(dá)副邊接收單元。與有線充電不同的是，無線充電主要體現(xiàn)在能量傳輸單元的部分，即通過線圈間的電磁耦合來實(shí)現(xiàn)能量傳輸，無需直接連接。

 

正因?yàn)槿绱?，無線充電的原理、技術(shù)和成本都相對(duì)于有線充電更高，這也解釋了為什么電動(dòng)汽車無線充電的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍然相對(duì)緩慢，盡管市面上有許多公司提供相關(guān)產(chǎn)品。

 

原邊是在地面上，而副邊則位于汽車上，屬于接收單元。有時(shí)人們會(huì)討論無線充電的適用場(chǎng)景及其功率等級(jí)達(dá)到多大才適合批量生產(chǎn)。當(dāng)前，各行各業(yè)的用戶都在追求高功率充電，希望實(shí)現(xiàn)快速充電，從而讓車輛在短暫的停留時(shí)間內(nèi)充電300公里或400公里。

 

技術(shù)上講無線充電完全可以這一目標(biāo)，但需要綜合考慮成本和經(jīng)濟(jì)性，是否適合這一應(yīng)用場(chǎng)景就需要認(rèn)真權(quán)衡了。

 

無線充電的核心部分是無線能量傳輸環(huán)節(jié)，通過電磁耦合實(shí)現(xiàn)能量傳輸，這一環(huán)節(jié)尤為重要，因?yàn)樗苯記Q定了整個(gè)系統(tǒng)的效率。通過設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的線圈，可以改善系統(tǒng)的抗偏移能力、評(píng)估性能、線圈損耗以及效率。損耗越小，效率就越高。

 

目前，無線充電系統(tǒng)的價(jià)格較高，應(yīng)用規(guī)模較小。盡管使用電動(dòng)車的人越來越多，但真正使用無線充電的電動(dòng)汽車卻寥寥無幾。這主要因?yàn)橄到y(tǒng)中需要實(shí)現(xiàn)異物檢測(cè)和活物保護(hù)功能，這些功能要求會(huì)增加成本，并可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)，從而降低整體可用性。

 

在討論無線充電標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，她也提到了這一問題。她指出，如果用戶晚上設(shè)置好充電計(jì)劃而不小心讓異物進(jìn)入充電區(qū)域，系統(tǒng)可能無法充電，這會(huì)給用戶帶來很大不便。雖然異物檢測(cè)保護(hù)了系統(tǒng)，但對(duì)于實(shí)際的汽車用戶而言，這會(huì)影響實(shí)際的使用。。

 

目前，一些整車企業(yè)如上汽榮威、上汽智己以及一汽紅旗的E-HS9都提供無線充電系統(tǒng)作為選配項(xiàng)，但銷量并不十分可觀。廣汽和北汽也提供類似選配，但銷量較低。

 

日產(chǎn)也推出了相關(guān)的無線充電系統(tǒng)，包括靜止式和移動(dòng)式，盡管移動(dòng)式目前還處于示范階段，并未真正產(chǎn)業(yè)化。不過，不同國家也在小范圍示范無線充電的應(yīng)用。

 

總結(jié)來看，國內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出一些符合上市要求的無線充電產(chǎn)品，主要整車企業(yè)已經(jīng)涉足這一領(lǐng)域。無線充電的標(biāo)準(zhǔn)問題一直是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，截至2023年，已經(jīng)發(fā)布了8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其中包括4個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)由中國電力行業(yè)聯(lián)合會(huì)牽頭，中國電科院作為秘書單位負(fù)責(zé)推動(dòng)。

 

最后，王麗芳簡(jiǎn)要介紹了她的團(tuán)隊(duì)在過去幾年中在無線充電領(lǐng)域的工作。自2011年起，團(tuán)隊(duì)專注于電動(dòng)汽車的無線充電技術(shù)研究，開始時(shí)與北汽新能源合作，進(jìn)行了3.3kW和6.6kW功率級(jí)別的演示和測(cè)試。隨后，團(tuán)隊(duì)推出了10kW、30kW、60kW和100kW的無線充電系統(tǒng)，不斷在技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景上取得突破。

 

團(tuán)隊(duì)在無線充電領(lǐng)域的深海和深淵應(yīng)用也取得了顯著進(jìn)展，包括在萬米深的國際公海進(jìn)行了一個(gè)多月的測(cè)試驗(yàn)證。這些成就得益于國家和科學(xué)院的多個(gè)項(xiàng)目支撐。

 

團(tuán)隊(duì)的首個(gè)無線充電項(xiàng)目是由北京市科委在全國進(jìn)行招標(biāo)，并成功中標(biāo)，因此開始了電動(dòng)汽車無線充電項(xiàng)目。此后，還參與了多個(gè)國家級(jí)項(xiàng)目，包括目前進(jìn)行的深海和深淵項(xiàng)目，這些都是由國家支持的。