移动式无线充电技术来了

 

无线电能传输又称无线电力传输，非接触电能传输等，是指通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量（如电磁场、电磁波、激光、微波及机械波等），中继能量隔空传输一段距离后，再通过接收器转换为电能，从而实现电能无线传输的过程。

 

近年来，人们对更加便捷灵活的充电方式的需求愈加迫切，无线电能传输的研究也不断深入，解决了包括小到电动牙刷、智能手机、家居电器，大到电动汽车等移动设备电源的便捷性供电和充电问题。但目前，创建一个不受操作条件变化影响的无线能量传输系统很不容易，特别是当用电负载和发射结构在无线供充电过程中发生相对位移时，要同时保持电力传输功率和效率的稳定，一直以来都是科学界的一大难题。

 

美学者研发新型无线电能传输系统

 

今年6月14日，国际学术权威刊物自然出版集团旗下《自然》杂志发表了美国斯坦福大学电气工程系金兹顿实验室的一篇学术论文，论文介绍了华裔科学家范汕洄及其研究团队利用量子力学中的“非线性等时对称（PT对称）原理”，并利用反馈调谐电路方法，研制了一种无线电能传输系统。实验中，该系统在无需电力线缆连接的情况下可成功点亮圆盘上的LED灯，并且在一米距离内移动圆盘过程中，LED亮度维持不变。该论文引起了工业界、学术界对无线电能传输技术的新一轮关注热潮。

 

现有典型原理的无线电能传输系统，其传输效率通常随传输距离的变化而变化，而斯坦福大学制成的系统可以在约一米的距离变化范围内，保持传输效率几乎不变，这一研究开拓了无线电能传输技术研发和应用的新思路。在相应的新闻与评论文章中，法国科学研究中心、巴黎高等物理化工学院科学家杰弗洛伊˙萝实表示，这项最新发现有望用于为传输距离和方向持续发生变化的移动装置或车辆在线供电或充电。

 

移动无线充电有望应用于电动汽车

 

2007年，麻省理工学院研究人员曾演示了采用磁共振耦合原理为在2米以外的灯泡供电，无线电能传输因此被美国《技术评论》杂志评选为未来将给人类生产和生活方式带来巨大变革的十大科研方向之一。麻省理工学院的这一成果为实现电动汽车在道路上无线充电提供了新的思路，具体做法是将供电线圈埋在道路中，在电动车经过时完成充电。移动式无线充电为解决插电式电动汽车续航里程受限问题提供了新思路。目前市场上常见的电动汽车一次完整充电的行驶里程大约在200公里左右，但电动汽车电池的完全充电通常需要几个小时才能完成。如果电动汽车能够在高速公路行驶过程中充电，就能消除人们对于续驶里程的担忧乃至焦虑，并有助于减小动力电池组容量，降低营运成本，同时还可以充分利用道路资源，缓解城市特别是特大城市中心区域充电难的问题。

 

范汕洄在一段配合该论文的视频中解释道：“理论上,人们可以无时限地开车，只要不停止充电。”但目前该团队实验阶段的无线充电技术传输功率只有毫瓦级，远远达不到电动汽车的供电标准。范汕洄带领的团队目前正在研究可以大大增加传输距离、传输效率和传输功率的方法。未来通过继续优化无线充电系统的设计，这种供电方式将具有广泛的应用前景。

 

移动式无线充电技术目前还不成熟

 

目前，国内外无线充电工程应用主要面向轨道交通列车和固定线路的公交巴士。在已有电动汽车无线充电工程案例中，静止式无线充电示范工程技术比较成熟。国外具有代表性的是庞巴迪Primove200千瓦无线快充技术，采用磁感应充电技术，结合机械辅助机构进行线圈位置的升降调节。国内的中兴公司已可以实现60千瓦的公交无线充电，而且正朝着100千瓦及以上级别迈进。

 

相比而言，目前移动式无线充电技术还不成熟，少数移动式无线充电工程应用只是短距离的试点线路，基本上是原理和功能性验证，缺乏对工程实用化关键技术方面的考虑，且目前还没有针对小型乘用车的无线充电工程应用案例。现有的试验路段中，比较典型的是韩国科学技术研究院的示范工程。据报道，该工程的道路总长度达到12公里，其中无线充电路段覆盖的长度为5%至15%（约为1公里左右），充电功率为100千瓦。该工程在规划、设计、施工、验收、运行控制等方面的内容均未见报道。

 

我国电动汽车移动无线充电技术研究情况

 

在电动汽车移动式无线充电技术方面，我国相对于国外起步较晚，但经过近几年来的快速发展，已逐渐缩小了与国外的差距。广西电科院于2012年开始研究无线充电，于2016年5月建成了一条33米的电动汽车移动式无线充电实验路段。该路段可以实现一辆移动中的模型电动车辆无线充电。其采用的线圈结构原理与韩国科学技术研究院开发的第一代系统类似，供电端采用长直导轨结构。同时，这种设计方案的侧向抗偏移能力相对较差。经实地调研分析，该路段只是移动式无线充电原理性的展示，也未考虑工程化、实用化相关的规划设计、计量计费、运行监控、检修维护等问题，也未见公开报道的效率及电磁安全性方面的指标数据。

 

2016年1月，中国电科院牵头承担了国家电网公司科技项目“电动汽车路段移动式无线充电关键技术研究及设备研制”，从系统设计与仿真分析、磁传输部件设计与实现、大功率高频电源、电磁安全防护、状态监测和控制以及道路结构和施工技术等几个方面展开研究，并通过建设一条百米级的电动汽车无线充电试验路段来对移动式无线充电技术进行详细深入的测试评估，从而为后续公里级及以上规模的电动汽车无线充电示范工程提供基础数据支撑。目前，该项目已经完成了电动汽车移动式无线充电关键技术研究及设备研制，正在开展150米长的实验路段的施工和设备安装调试，预计2017年8月底投入试运行。该项目的研究成果有望指导后续公里级及以上电动汽车无线充电示范工程的规划、设计、建设和运行。