Will.liu，十年汽车生涯，怎能不白头。 阅读原文 按照无线充电的原理，现在公认比较成熟的方式有三种。 电磁感应 电磁谐振 无线电波 电磁感应 利用通电线圈的交流电变化，产生磁场（传输端）。该磁场将会无视非金属的阻隔，传递能量到附近的线圈上（接收端），再由磁场转化成电能。 也许，还记得高中物理的同学会觉得这个画面眼熟，的确是的，这就是变压器的原理，电磁感应嘛（这个原理最早在 1830 年，美国科学家亨利的磁生电的实验中得到了证明。） 说到电磁感应方式的静态无线充电，说到其优点，就是结构简单，电磁场能穿透一切非金属的物体，也就意味着水泥，玻璃这种非金属材料也不能阻隔能量传播，特别是电磁感应的传输功率足够大，能够轻松达到数百千瓦的功率传输。 电磁感应充电，已经在手机等小型数码上应用很多年了，使用方法就是把手机贴合在输出磁圈上，只要对准了，就可以开始充电。 电磁感应的缺点就是供电端和受电端的距离过短，在韩国的无线充电公交车的早期实测中，发现两者距离 1CM 以上，传输的电量只有 80%，而如果隔开了 12CM，传输的电量只有 60%。这也说明了，这种电磁感应的静态充电的适用范围，必须是车体和充电端密切接触才能有好的能量传输效果。 如同现在推出来的汽车静态无线充电技术，基本也是这样贴合的状态。 车辆停到指定位置，然后下方的充电装置上升，贴合到汽车端的接受装置，两者密切接触，开始为车辆充电。 国内的车型，今年推出的智己 L7，也支持 11kW 的无线充电。从图片上看来，应该也是采取的电磁感应的静态充电方式。自动泊车定位，输电端和接收端靠拢，然后开始充电。 但这种静态充电方式，也有其弊端，这个就如同手机的无线充电一样。 就是定位如果不准，双方线圈对应位置有偏差，是无法进行正常能量传输的。从目前的解决方案来看，除了地面标识需要做好引导，司机必须严格按照定位停放之外，就是做大了充电输送端的平台。 但电磁感应的弊端是传输能量的距离太短了,车底充电端要做到距离地面很短甚至贴合到地面，而且必须要做到短时间内定位。 2022 年的 1 月，成都开通了首条无线充电公交线路 1058 路。 从石羊公交充电站出来，就是府城大道西段。12 点 30 分，委员和专家们登上一辆牌照为川 A07999 的 1058 路社区巴士。这辆公交车绿白相间，前窗玻璃下贴着“无线充电”4 个字。乍一看，没发现它与其他行驶在大街小巷的社区巴士有什么大的差别。不过，车的底盘很低，一抬脚就上了车。这辆电动公交车内同样配备逃生用的紧急按钮、安全锤和灭火器等设施。 吴孟强和司机曹师傅聊了起来。有 10 多年驾龄的曹师傅说，开电动车，点火、起步、换挡都与普通公交车一样。不过，电动公交车起步加速都很平稳，几乎没有噪音。 曹师傅把车开到 1058 路终点站天长南路，罗强注意到公交站的地面画着一个 WIFI 符号。负责该项目的中兴新能源汽车有限责任公司陈孜说，无线充电区域就设在终点站，地下埋有电线圈，只要将电动公交车停在上面就能充电。司机通过方向盘边的一个“PAD”液晶显示器，可以看到车辆每块电池的情况，也可以点击选择充电。通过 WIFI 信号，路边的“配电箱”就自动开始送电，每两分钟可充 1 度电。 这种静态无线充电实际扩展后，可以在每个停靠的车站和终点站进行短暂充电，因为一辆公交汽车一般途经 20 个站点，一个站点停一两分钟，终点站修整 20 分钟，一趟的沿途加起来可以充电一个小时。 只要解决快速定位的问题，司机一下就能把车身停到充电点，实际就可以利用这短短的几分钟进行充电。关于这类的专利，我查了下，已经有了相当多的储备。比如利用光伏储能，来给停下的公交车供电。 现在商用比较成熟的，应该是德国庞巴迪的 Primove Ebus 系统了，从 2013 年投入第一台无线充电的纯电巴士，利用站点、低速爬坡路段、终点站三个充电位置，来对电动巴士进行充电,至今已经跑了几十万公里。 Primove 技术包括：Charging 、Battery、Propuision and controls. Primove Charging 200 技术参数 据有关统计，截止到 2018 年底，一共有 26 份 primove 无线充电欧洲专利，涉及到车地通信（双边控制、车辆停靠）、磁芯和线圈技术、电路拓扑、控制技术、其他工程类专利。 但以上的电磁感应充电模式，需要在较低速环境下，而且需要路面极为平整，对路面洁净度（路面遗留金属渣屑）也有要求。如果线圈之间有金属杂物进入，会形成电涡流，产生安全问题。 要进行真正的快速行驶的动态无线充电，需要更宽广的路面适用性，需要满足输送端和接收端的距离能超过 15CM 甚至更远，而不是必须要输出端和接收端紧密贴合。 这个时候，就要提到一个中程无线充电技术了，能够较远距离进行能量传输的电磁谐振技术。 电磁谐振 利用接受天线固有频率和发射场电磁频率相一致时，两者引发的电磁共振，产生强电磁耦合，利用辐射磁场实现电能的高效传输。 比方说，运输交流电的频率为 50HZ（一秒内 50 次周期变化），我们利用调制器把传输端的频率设定为 X HZ，然后在接收端（车辆上）也设定为 X HZ，那么在一定的范围内，两者磁场发生共振，就会实现能量的传输过程。 其优点是传输距离远大于电磁感应，可以进行大于 10cm 的电磁感应的能量传输，即便在 3-4m 的传输距离上，传输功率依旧可以达到数千瓦。 2008 年，英特尔在美国 IDF 上展示无线共振能量链接（WREL）技术 其优点在于输出端和接收端的距离可以比较远，也就意味着如果是用在公路上，输出端可以埋在比较深的地方，不会轻易被大车碾压遭到破坏，抗压能力较强。另外可以适用于快速行驶的载体充电，比如应用于高速铁路列车的充电。 但现阶段的难点也很多，系统建模、电能变幻拓扑结构，电磁耦合机构设计，能量和信息同步传输，负载识别及异物检测，电磁兼容及电磁屏蔽技术都需要进一步的设计与优化，以及相关标准也需要官方制定。 按照电磁共振的原理，我们可以设置导轨模式的动态供电模式。利用道路下方铺设的发射导轨给路上驾驶的电动汽车进行充电。（根据外界因素，实时调节发射功率因数的频率跟踪控制技术，利用这套电磁共振的动态无现能量传输技术，应用于动态充电的场景。） 其中的困难点，就是如何保障输出端和接收端的频率在任何状态下的完全相同，所以即时调频是其中的核心难点。 导轨模式可以分为单级导轨模式和多级导轨模式（单层多级导轨，双层多级导轨）。 最后一个中远程的无线射频电力传输，原理是将电磁波发射出去，在接收端把电磁波转为电流，传输距离可以达到十米及以上，但因为功率较小，只支持毫瓦级别，无法适用于车辆，可以用来给微型电池充电，这里就不多提了。 以上讲述了一些无线充电技术的运用方面，对比有线充电，无线充电能有效减少车载电池重量（容量），充电方便快捷，不用人工挪动充电设备，无直接触电风险，充电设备也无接触摩擦的损耗，能适应多种恶劣天气情况。 其缺点就是目前无线充电装置成本过高，无论是电磁感应还是电磁谐振，因为输出端的设备有部分需铺设在地下，相关申请周期漫长（时间成本），前期费用投入高（建设成本），且维护、维修费用（后期成本）较高。 比如最简单的公交车终点站感应式充电，因为要破土开挖，前期就要向城建管理报批。充电需要增加的地面配电箱，占地也需要相关部门报批。且因为埋设地下，地面还会做水泥等硬化措施，后期如果输出端出现问题，维修起来并不方便。且传输能源方式的能量过大，会产生强电磁场，即便做了电磁屏蔽处理，一旦发生故障，也容易造成周边的电磁辐射污染。 （图片来源网络，侵删！） 参考资料 1.朱春波, 姜金海, 宋凯,等. 电动汽车动态无线充电关键技术研究进展[J]. 电力系统自动化, 2017, 41(2):60-65. 2.高建强,宋超,王平,巩志贵,专利,电动公交车沿线站点无线充电系统,20180511. 3.李斌, 刘畅, 陈企楚,等. 电动汽车无线充电技术[J]. 江苏电机工程, 2013, 32(1):81-84. 阅读原文
