电动汽车何时能够“边跑边充”?

作者: 石秉坤党健李惠乾

来源: 探臻科技评论

发布日期: 2021-03-11

本文介绍了电动汽车动态无线充电技术的研究现状、关键技术和难点,并展望了其未来发展前景。动态无线充电技术有望解决电动汽车续航里程问题,使电动汽车在行驶过程中实现“边跑边充”,彻底摆脱里程焦虑。

近日,小米官宣自己的手机“隔空充电”技术,这项技术可以实现在充电设备数米半径内为手机充电,甚至在异物遮挡也不降低充电效率。与之前借助底座进行无线充电的方式相比,隔空充电技术给予了充电更大的自由度。此时我们不禁畅想,这项技术何时能够用在电动汽车上,让车辆实现“边跑边充”?本文将从电动汽车动态无线充电的研究现状、关键技术和难点及未来展望方面进行介绍。

随着能源问题和环境问题的日益凸显,电动汽车的发展和普及变得越来越重要,然而,随着电动汽车技术发展及市场扩展,其缺陷逐渐暴露出来:安全性好、动力性好、寿命长、容量大的车用动力电池逐渐成为长续航里程电动汽车的必备条件。目前认可度较高的锂电池也存在着成本过高、安全受限、容量受限等问题,尤其是对于纯电动汽车。

近年来,不断有研究人员提出将无线能量传输(WPT)作为用于电动汽车电池充电的可行方案,WPT的应用在解决电动汽车充电问题的同时为电动汽车用户提供极大的便利,相比传统的有线充电方式而言,WPT取消了复杂的线缆和充电枪,也避免了有线充电中的一些问题,例如漏电等危险情况。

按照能量传输时汽车是否处于行驶状态可以将无线能量传输分为固定式和移动式两种,基于这两种能量传输方式的充电技术分别称作静态无线充电和动态无线充电,下面分别加以介绍说明。静态无线充电:指电动汽车可以在停车时进行充电的方案,与传统的有线充电相比较,它能够在实现完全自动的同时大大增加电动汽车充电的机会,并且在电磁辐射安全的条件下几乎没有任何风险。

在结构方面,固定式无线能量传输系统的磁耦合器形式多采用平板式,即发射平板通常安装在地面上,其上下的高度位置设计成可调式以便适应不同底盘高度的车辆充电,接收能量的平板安装在汽车底盘的前端或后端。

动态无线充电:为了进一步解决电动汽车续航里程受限的问题,移动式无线能量传输,即动态无线充电成为一种更优的能量传输方案。其基本原理是通过埋于地面下的供电导轨以高频交变磁场的形式将电能传输给地面上一

定范围内的车辆接收端电能拾取机构,进而为车载储能设备供电,根据发射端不同可以分为集中式和分段式供电导轨模式。理论上,当道路的充电机会足够时,汽车可以随时在行驶的过程当中为电池充电,进而实现“无限续航”;更为显著的作用是,能够在不增加电池容量的前提下提高电动汽车续航里程,由于电池容量带来的一系列问题也得以避免。

当然动态无线充电系统要更加复杂,成本更高,需要在汽车行驶的路面下铺设更长的供电导轨,在导轨上安装一系列连续的发射平板。

电动汽车动态无线充电技术涉及电力电子、电磁设计、能量存储系统以及车辆系统等多学科技术,具体包括以下几个方面:能效问题分析、电力电子技术、无线通信技术、动态控制技术、电磁环境安全问题、电动化道路问题。

尽管目前来看,电动汽车动态无线充电技术仍然停留在实验室阶段,无法投入量产,但毫无疑问的是,动态无线充电技术有着巨大的实用价值和市场前景。在2016年,“突破电动汽车无线充电技术”就被列入国家能源局颁发的《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》政策文件中。

动态无线充电技术有望同自动驾驶技术一样,率先在特定场景和特定车辆上实现,如公交、巴士等由固定路线的公共车辆或高速公路、港口运输车辆等场景。未来,当动态无线充电技术逐渐成熟且成本下降,电动汽车将能够实现“边跑边充”,我们的出行便真正有可能彻底摆脱里程焦虑。

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