先科普一下无线充电技术的原理和实现方式,这

作者:汽车咨询

提起无线充电技术,已经不算是什么新的技术了,这一技术已经有了很广泛的应用,但是主要是应用在小型设备上,比如诺基亚的新款手机上。

无线充电的历史要追溯到1901年。这一年,与托马斯·爱迪生齐名的发明者尼古拉·特斯拉获得金融家约翰·皮尔蓬·摩根的资助,在纽约长岛建立了187英尺(约57米)高的无线充电塔——沃登克里夫塔。在这之前,特斯拉曾在科罗拉多州进行实地试验,成功点亮了25英里(40公里)外的200盏电灯。据目击者称,他们能看到在双脚和地面间跳跃的电火花,在打开水龙头时,也有电流随着水流流出。虽然项目以失败告终,特斯拉本人也因此破产,但却不失为充电史上的创举。

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一个世纪之后,无线充电的研究迎来了新的源动力,应用范围也非常广泛——小到电动牙刷、遥控器、智能手机,大到电动汽车、石油钻塔。从初创公司如WiTricity、ProxybyPower到行业巨头丰田、日产、沃尔沃、英特尔和三星等,都纷纷加入到了研发行列。

沃尔沃最近宣布,他们正在研发基于无线充电的电动车充电系统,并且已经取得了显著的成功。这套系统的原理和小型IT设备上的原理相同,都是使用线圈制造电磁场进行充电。

原理与实现方式

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先科普一下无线充电技术的原理和实现方式。

沃尔沃电力推进系统的副总裁Lennart Stegland表示,无线充电技术是一个传输能量的更舒适有效的方式,而且经过研究,它也是安全的。沃尔沃正与合作伙伴一起研究制定无线充电系统的标准,充电站需要包括地面上的充电器,以及安装在车身底盘上的感应装置。

说到无线充电技术的原理,已经不是多神秘的东西了,在一些智能手机上已经被实现并商业化了。无线充电的原理也很简单,在发射端将电能转换成电磁波并发射出去,接收端接受到电磁波之后,再将其转换成电能,就可以进行充电了。目前共有三种不同的实现方式:电磁感应式、无线电波式以及磁场共振式,三种方式也是各有优劣。

经过研究,沃尔沃表示采用这种技术的电动车的充电时间可以缩短至最小2.5小时,这个速度已经明显快于现在常见的插电式的电动车充电速度了。这是沃尔沃在一辆120马力的电动版C30实际测试中获得的数据。

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沃尔沃此次并未宣布这套系统正式推向市场的时间,不过表示时间并不会太长。

电磁感应式,即是使用两个互感线圈进行无线充电。当输入端线圈中的电流发生变化时,输出端线圈的磁场即会随之发生改变,从而产生感应电流,将能量从输入端转换到输出端。使用电磁感应的原因进行无线充电要求两个设备的距离必须很近,并且只能一对一进行充电,充电时必须对准线圈。不过,能量转换率高,传输功率范围较大,能从几瓦到几百瓦。

无线电波式,即是通过接收无线电波进行无线充电,原理与矿石收音机类似。不过这种方式的传输功率非常小,最高仅为100毫瓦,且功效很低,大部分的能量会以无线电波的形式被浪费掉。在传输距离上稍有优势,最远距离为10米。

磁场共振式,即是通过电磁共振的方式进行无线充电,原理与声波共振类似,只要两个介质具有相同的共振频率,就能够传递能量。这种方式的充电距离在电磁感应式与无线电波式之间,优点是传输功率较大,能够达到几千瓦,可以同时对多个设备进行充电,不要求两个设备之间线圈对应;缺点就是损耗很高,距离越远,传输功率越大,损耗也就越大,最麻烦的是必须对使用的频段进行保护。

从以上三种方式的优劣中,不难发现,仅有电磁感应式和磁场共振式在电动汽车的无线充电上有实现的可能。不过,孰优孰劣,就要靠市场和消费者自己来进行抉择了。

说了这么多理论知识,下面来看几个在无线充电上取得了阶段性成果的实例吧。

日产:2014款聆风将实装无线充电技术

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2011年,日产即宣布取得了无线充电技术的成果,并于2012年确认,将在2014款聆风上实装该项技术。日产也是全球汽车制造商们中第一个明确制定时间表的。

日产的系统采用了电磁感应的方式,车辆通过与感应线圈产生感应而进行充电。该充电系统可以内置于地板中,也可以以充电桩的方式安装在室外。需要充电时,车主只需将车开到感应线圈的范围内,系统将自动检测到车辆,车主通过应用程序启动和关闭充电过程。充电系统的安装位置和外界的天气情况均不会对充电时间造成影响。

丰田:投资WiTricity,开发磁场共振充电技术

同样在2011年,丰田也宣布开发出了无线充电系统,与日产不同的是,这套系统采用的是电磁共振的方式。

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