為電動車無線充電：如何接連磁共振方式

　　目前電動汽車（EV）大部分都采用接觸式充電器，但接觸式充電器用起來有諸多不便。使用家用電源的普通充電器雖然不太難用，但快速充電器則存在著連接器既大又重，而且難插拔等操作方面的困擾。此前也有致力于提高操作性的產(chǎn)品，例如采用美國SemaConnect公司自動充電器和本田機(jī)器人手臂的充電器等，但這些產(chǎn)品都會增加成本。

　　另外，接觸式充電器還存在安全和維護(hù)方面的問題。安全方面，雖然一般不會發(fā)生觸電和漏電等現(xiàn)象，但用戶在雨中插入連接器時會有擔(dān)心。維護(hù)方面，由于接點會出現(xiàn)污漬和磨耗等，需要頻繁進(jìn)行檢查和部件更換等作業(yè)。

　　與此相比，非接觸式無需進(jìn)行線纜的插拔操作，充電時的安全性方面問題更少，還能降低維護(hù)需要的成本（圖1）。因此，昭和飛機(jī)工業(yè)目前正開發(fā)即便在雨中也可安全充電的非接觸式充電系統(tǒng)。

圖1：非接觸式充電方便使用

　　非接觸式無需線纜插拔操作，除了安全性出色外，還可降低保養(yǎng)成本。

　　汽車用途有三種方式

　　提起無線供電系統(tǒng)，一般會被誤認(rèn)為是插座廠商的工作，但我們認(rèn)為它是充電器廠商的工作之一。汽車用途的無線供電并非像家用插座那樣通過交流（AC）傳輸交流（AC）電力，而是整流AC轉(zhuǎn)換為直流（DC）后，向遠(yuǎn)處供電（圖2）。

圖2：無線供電系統(tǒng)本身就是充電器

　　無線供電系統(tǒng)可以說是向遠(yuǎn)處位置供電的充電器。

　　面向汽車用途的無線供電大致有三種方式：①電磁感應(yīng)方式、②電波方式、③磁共振方式（表1）注1）。其中①利用的是線圈間產(chǎn)生的電磁感應(yīng)的方式。從19世紀(jì)開始就存在，是已經(jīng)成熟的技術(shù)。特點是從微小電力到100kW以上的大電力均可高效傳輸，已經(jīng)實際應(yīng)用于多種設(shè)備。不但在汽車用途方面推進(jìn)了開發(fā)，在輕軌等方面也有很多開發(fā)事例。電磁感應(yīng)方式有使一次線圈和二次線圈正相對的靜止式充電系統(tǒng)和配備移動一次線圈供電位置的軌道的移動式充電系統(tǒng)（圖3）。

圖3：電磁感應(yīng)方式大致可分為靜止式和移動式

　　有線圈之間正相對的靜止式和可延伸一次線圈作為供電線的移動式。

　　注1）此外，還有村田制作所等開發(fā)的電場耦合方式。

　　靜止式方面，三洋電機(jī)已經(jīng)面向任天堂的家用游戲機(jī)“Wii”銷售可無線供電的底座與充電電池套件。移動式方面，加拿大龐巴迪（Bombardier）的Transportation部門開發(fā)出了在供電線上一直供電的電車用無線供電系統(tǒng)，2010年11月開始在德國推進(jìn)實用化。

　　磁共振方式的發(fā)布接連不斷

　?、诘碾姴ǚ绞綖榻邮瘴⒉ǖ入姴ǎc天線合為一體的整流電路直接將電波轉(zhuǎn)換為直流。通過縮小電波的波束，可實現(xiàn)長距離大電力傳輸。從宇宙空間的人造衛(wèi)星向地面供電的太陽能發(fā)電衛(wèi)星（SPS）計劃目前正在日美兩國之間進(jìn)行討論。

　　在汽車領(lǐng)域，三菱重工業(yè)在新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的協(xié)助下，開發(fā)出了微波充電系統(tǒng)。采用與微波爐相同的2.45GHz電波發(fā)生裝置“磁控管”，可經(jīng)由“整流天線”向車輛地板下方傳輸1kW的電力。不過，目前電力傳輸效率還不高。

　?、鄣?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/磁共振方式">磁共振方式方面，2007年6月美國麻省理工學(xué)院（MIT）發(fā)布了利用共振電路之間的共振現(xiàn)象，向2m遠(yuǎn)的距離傳輸60W電力的無線供電系統(tǒng)。之后，眾多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)等相繼進(jìn)行了發(fā)布。

　　關(guān)于最讓人關(guān)注的效率問題，美國WiTricity在輸出功率為3.3kW、傳輸距離為20cm的情況下使綜合效率達(dá)到了90％。此外，長野日本無線在輸出功率為1kW、傳輸距離為30cm的情況下，使功率放大器和電池間的效率實現(xiàn)了88％ 注2）。（未完待續(xù)，特約撰稿人：高橋俊輔，昭和飛機(jī)工業(yè)IPS及EV事務(wù)室技師長）

　　注2）本文中的無線供電系統(tǒng)的“效率”在沒有特別標(biāo)注時指線圈間的電力傳輸效率。

　　電動汽車如何應(yīng)用無線充電技術(shù)？

　　無線充電在電動汽車方面的應(yīng)用

　　無線充電如何應(yīng)用到電動汽車方面呢？下面，我們將通過對充電地點、充電方式、充電電池的簡單研究分析，最終提出無線充電在電動汽車上的具體應(yīng)用方法。

　　首先，充電地點的選擇。無線充電技術(shù)對充電器、被充電設(shè)備的距離和狀態(tài)有關(guān)，也就是說，二者之間的距離不能太大，且二者之間沒有相對運(yùn)動，否則就無法穩(wěn)定和有效的傳輸電力。因此充電的位置只能是汽車停留的地點，即車庫、停車場、路口等位置，公車的充電裝置還可以設(shè)置在公交網(wǎng)站。當(dāng)然，條件允許的地方或高速公路旁還可以專門設(shè)置充電站，方便車輛的充電。

　　其次，充電方式的選擇。從三種充電方式中可以看出，電磁感應(yīng)充電所需要的距離太小，無線電波充電的效率太低，而電磁共振充電的距離、效率都能滿足蓄電池汽車的需要。

　　最后，對充電電池的選擇。電動汽車在城市中隨時都會進(jìn)行充電，因此必須要選擇無污染且沒有記憶效應(yīng)的蓄電池進(jìn)行充電。

　　經(jīng)過比選，我們對無線充電在電動汽車的應(yīng)用上有了比較清晰的思路：一方面在道路及建筑工程建設(shè)中，由電力供應(yīng)單位根據(jù)規(guī)劃圖事先在路口、公共停車場的車位元、單位或社區(qū)的停車位元和車庫下面預(yù)埋無線充電的充電器，并做好充電器與電網(wǎng)或太陽能電池板連接；另一方面，汽車生產(chǎn)廠家要在汽車底部安裝無線充電的接收裝置，并與蓄電池等設(shè)備連接；另外，國家相關(guān)部門要統(tǒng)一發(fā)射、接收信號的頻率，使其能夠通用。

　　無線充電技術(shù)在應(yīng)用發(fā)展中應(yīng)注意的問題

　　1.國家要出臺相應(yīng)的政策，鼓勵、扶持并規(guī)范無線充電汽車的發(fā)展和充電設(shè)施的建設(shè)。一個行業(yè)或企業(yè)，尤其是利國利民的行業(yè)或企業(yè)的發(fā)展，離不開國家的扶持。無線充電是一個剛剛起步的領(lǐng)域，其有效的發(fā)展可以很大程度上解決電動汽車發(fā)展的一個瓶頸，但由于對其研發(fā)的投資巨大，這就更需要國家進(jìn)行鼓勵和扶持，以加快其研發(fā)進(jìn)程，使其盡早得以應(yīng)用。

　　2.無論最終采用何種方式充電、采用何種蓄電池，國家及各地方有關(guān)部門都要對其頻率、安全、環(huán)保、節(jié)能等方面進(jìn)行研究，避免浪費(fèi)、避免對人體健康產(chǎn)生不良影響、避免對環(huán)境造成新的污染，同時要宣傳到位，避免人們對電磁的恐懼心理。

　　3.在實際中，由于發(fā)射端置于地下，要注意對其的保護(hù)。

　　4.在雨水較多的地區(qū)，除對地下設(shè)施的防水外，車輛接收端的防水處理也是一個需要考慮的問題。