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乘用車也可采用非接觸充電(中)

作者: 時(shí)間:2011-09-11 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

方式有三種

電磁感應(yīng)是最接近實(shí)用化的方式,不過(guò)存在的問題是送電距離比較短,如果送電部與受電部的橫向偏差較大、傳輸效率就會(huì)下降。另外,用于快速充電時(shí),還存在基礎(chǔ)設(shè)施方的送電設(shè)備耗費(fèi)成本的問題。

而針對(duì)這兩個(gè)問題,開發(fā)出了能夠延長(zhǎng)送電距離的磁共振方式和有望降低成本的微波方式。

日產(chǎn)正考慮采用電磁感應(yīng)方式。該公司在2009年7月舉行的先進(jìn)技術(shù)說(shuō)明會(huì)上公開了電磁感應(yīng)方式的系統(tǒng)(圖2)。系統(tǒng)是該公司與昭和飛行機(jī)工業(yè)合作開發(fā)的。充電能力因送電線圈和受電線圈的尺寸而異,不過(guò)用于的充電能力為1k~30kW左右。

圖2:配備系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)車輛日產(chǎn)汽車2009年7月公開的非接觸充電系統(tǒng)。(a)原型車是2000年上市的電動(dòng)汽車“Hypermini”。計(jì)劃在2013年推出的新一代EV中采用非接觸充電系統(tǒng)。非接觸充電系統(tǒng)是與昭和飛行機(jī)工業(yè)合作開發(fā)的。(b)送電部和受電部。

如果家用普通充電的充電能力為1.5kW(交流100V×15A)左右,街上快速充電器(直流300~400V×150A)的充電為50kW左右,納悶昭和飛行機(jī)所開發(fā)系統(tǒng)的充電能力則相當(dāng)于快速充電器的一半左右。普通充電時(shí),能以與電線式相同的時(shí)間進(jìn)行充電,快速充電時(shí),則能在電線式約1.5倍時(shí)間內(nèi)充電。

電磁感應(yīng)在送電線圈和受電線圈之間傳輸電力。當(dāng)送電線圈中有交流電流流過(guò)時(shí),送電·受電線圈之間產(chǎn)生磁束,隨著磁束變化,受電線圈會(huì)有交流電流流過(guò)(圖3)。日產(chǎn)與昭和飛行機(jī)合作開發(fā)的系統(tǒng),其傳輸距離為10cm左右,傳輸效率達(dá)到90%,不過(guò)希望今后即使汽車在橫向偏差20~30cm時(shí)停下也能確保同等的傳輸效率。具體將通過(guò)減少送電·受電線圈的損耗等,比原來(lái)進(jìn)一步提高傳輸效率。

圖3:電磁感應(yīng)的原理當(dāng)送電線圈有交流電流流過(guò)時(shí),產(chǎn)生磁束,穿過(guò)受電線圈。當(dāng)磁束變化時(shí),受電線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),有電流流過(guò)。

此外,兩家公司還將研究檢測(cè)充電時(shí)送電·受電部之間是否有動(dòng)物侵入以及是否有金屬碎片進(jìn)入等的機(jī)制。因?yàn)槿绻潆姇r(shí)有異物,此處就會(huì)產(chǎn)生渦電流,有可能導(dǎo)致發(fā)熱。

磁共振能夠傳輸數(shù)米之遠(yuǎn)

其他兩種方式的輸出功率還很小,還處于研究階段,不過(guò)作為下一代技術(shù)備受關(guān)注。

采用磁共振方式的非接觸傳輸系統(tǒng)自2007年美國(guó)MIT(麻省理工學(xué)院)公布以來(lái),一直備受全球技術(shù)人員的關(guān)注。日本國(guó)內(nèi),2009年8月長(zhǎng)野日本無(wú)線宣布開發(fā)出基于磁共振的送電系統(tǒng)(圖4)。當(dāng)送電·受電部之間的傳輸距離為40cm時(shí),傳輸效率達(dá)到95%(圖5)。

圖4:基于磁共振的電力傳輸系統(tǒng)長(zhǎng)野日本無(wú)線開發(fā)的試制系統(tǒng)。其特點(diǎn)是與電磁感應(yīng)方式相比,適于長(zhǎng)距離傳輸?;驹硎请姶鸥袘?yīng),利用控制電路設(shè)定共振頻率,能夠減少送電部與受電部之間的電阻,能夠?qū)㈦妭鬏數(shù)竭h(yuǎn)處。

圖5:磁共振方式的系統(tǒng)(長(zhǎng)野日本無(wú)線)利用高頻電源將家用電源AC100V(50~60Hz)轉(zhuǎn)換成13.56MHz,傳輸?shù)剿碗姴俊@檬茈姴康恼麟娐忿D(zhuǎn)換成直流,用于點(diǎn)燈或者發(fā)動(dòng)模型直升飛機(jī)。

磁共振的基本原理與電磁感應(yīng)相同。當(dāng)送電部有電流流過(guò)時(shí),產(chǎn)生磁束,受電部就會(huì)有電流流過(guò)。不過(guò),不同點(diǎn)在于并非由簡(jiǎn)單線圈構(gòu)成送電部和受電部而是采用兼?zhèn)渚€圈(L)和電容器(C)的LC共振電路。另一個(gè)不同點(diǎn)是具有使兩個(gè)電路具有相同共振頻率的控制電路。共振頻率值隨著送電部與受電部之間的距離而變化。通過(guò)利用控制電路設(shè)定適當(dāng)?shù)墓舱耦l率來(lái)使兩個(gè)電路發(fā)生共振。

因兩個(gè)電路共振的狀態(tài)叫做“共鳴”,因此命名為磁共振方式。共振時(shí),能夠?qū)⑺碗姴颗c受電部電路間的電阻降至最小,可在數(shù)米左右的距離內(nèi)傳輸電力。

該公司估算,磁共振方式在60cm的傳輸距離內(nèi)能夠確保90%的效率(圖6)。而電磁感應(yīng)方式在數(shù)厘米左右的距離內(nèi)傳輸效率低于90%,因此磁共振方式的效率更高。

設(shè)定共振頻率的控制電路連接到送電部。如果不根據(jù)傳輸距離改變共振頻率,傳輸效率也會(huì)跟電磁感應(yīng)一樣迅速降低(圖7)。傳輸效率還隨著送電部和受電部的直徑而改變,面積越大,傳輸效率越高(圖8)。

圖6:送電方式和傳輸效率電磁感應(yīng)在數(shù)厘米內(nèi)傳輸效率降低。而磁共振傳輸效率的減少平緩。送電·受電部的直徑為40cm時(shí)。(圖表出處:長(zhǎng)野日本無(wú)線)。

圖7:磁共振方式的共振頻率控制根據(jù)送電部與受電部的距離適當(dāng)控制共振頻率,傳輸距離會(huì)猛增。(圖表出處:長(zhǎng)野日本無(wú)線)

圖8:送電·受電部的直徑與傳輸距離的關(guān)系送電部和受電部都是直徑越大,傳輸效率越高。(圖表出處:長(zhǎng)野日本無(wú)線)

雖然目前輸出功率只有30W,但2009年內(nèi)打算提高到1kW左右。不過(guò),實(shí)際使用時(shí),需要跟其他方式一樣,要符合電波法、驗(yàn)證對(duì)人體的安全性及減小部件等。

并且,方針是“從工廠叉車等使用范圍受限的領(lǐng)域?qū)?,最終應(yīng)用于EV”(長(zhǎng)野日本無(wú)線研究開發(fā)部長(zhǎng)谷屋明彥)。





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