為EV無線充電（三）：日本開始國產(chǎn)化開發(fā)

開始國產(chǎn)化開發(fā)

　　在國產(chǎn)化項(xiàng)目中，對①磁芯形狀、②線纜和③供電控制進(jìn)行了重點(diǎn)開發(fā)。關(guān)于①磁芯形狀，海外生產(chǎn)的為“E字磁芯方形方式”，變壓器磁芯采用E字形狀的方形，而國產(chǎn)的則采用了平面為圓形的“平面磁芯圓形方式”（表2）。

　　平面磁芯圓形方式只需在電磁屏蔽用鋁板上粘貼平面鐵氧體磁芯，然后，在上面一層層纏繞線圈即可完成。不但耦合系數(shù)大，還能減薄線圈、擴(kuò)大縫隙。效率與E字磁芯方形方式基本相同，但可大幅降低成本。

　　而E字磁芯方形方式的磁芯需要在非常高的高壓下制造，因此存在模具成本高的問題。

　　我們當(dāng)時(shí)打算不只開發(fā)一種無線供電系統(tǒng)，而是要開發(fā)從低輸出功率到高輸出功率的多種系統(tǒng)，所以E字磁芯方形方式必須根據(jù)輸出功率準(zhǔn)備多種磁芯模具，但如果使用平面磁芯圓形方式，即便提高輸出功率，只需擴(kuò)大面積增加粘貼的平面鐵氧體即可，更加便于制作，而且能降低成本。

　　②的線纜方面，存在高頻時(shí)電流只流經(jīng)表面附近的集膚效應(yīng)問題。為增加表面積，采用了集成細(xì)線的絞合線，增加了細(xì)線的根數(shù)。增加線數(shù)后，雖然電感會有一定程度的下降，不過下降幅度有限。

　　電感下降是由于向同一方向流動的電流環(huán)路的交鏈磁通量導(dǎo)致電阻增加的鄰近效應(yīng)所致。所以我們就采取了讓電流流向相反的雙線化做法（圖8）。通過這些對策，與海外產(chǎn)品相比，制造出了將電阻值降至38％以下的高效率線纜。

圖8：使絞合線平坦化，降低了電阻值
為減小鄰近效應(yīng)的影響，將線纜進(jìn)行了7分割，上下左右各為兩根。

非接觸式需要待機(jī)階段

　　③供電控制方面，需要根據(jù)來自車輛一方的如何進(jìn)行充電的充電控制要求來控制供電方。無論是非接觸式還是接觸式，供電控制都基本相同，不過非接觸式在開始充電前需要有一個(gè)待機(jī)階段，這一點(diǎn)不同于接觸式（圖9）。

圖9：無線供電控制的流程
無線供電需要待機(jī)階段。

　　在無線供電中，在車輛到達(dá)之前一次線圈就處于待機(jī)階段。不過，此時(shí)供給電力的話會像電磁爐一樣，放上鐵板就可以烤肉了。為了不出現(xiàn)這種情況，一次線圈在車輛到來前會不斷發(fā)出檢測信號，并等待響應(yīng)。另一方面，車輛會發(fā)出強(qiáng)度信號，利用隨著車輛向一次線圈靠近，信號越來越強(qiáng)的特點(diǎn)，通過一次線圈檢測出信號最強(qiáng)的最佳點(diǎn)，發(fā)出最佳位置信號。車輛收到最佳位置信號后便停在此處。

　　除此之外，非接觸式和接觸式再無不同之處。摁下充電開始按鈕后進(jìn)行相互認(rèn)證，識別到可以充電的話，車輛會發(fā)出初始值信息。然后由車輛向充電器發(fā)送電力控制信息，充電器開始供應(yīng)電力。反復(fù)重復(fù)該動作，直到車輛電池發(fā)出充滿電的信號后才停止供電。

　　不過，駕駛員摁下充電停止按鈕時(shí)會中止供電，回到最初的待機(jī)階段。當(dāng)無線供電中出現(xiàn)異常以及駕駛員等摁下緊急停止按鈕等情況時(shí)，車輛一移動線圈就會從正上方脫離，停止供電。然后發(fā)出警報(bào)，警報(bào)解除后回到待機(jī)階段。

　　作為成果，我們開發(fā)出了效率為92％、重35kg、線圈間隙為100mm的30kW非接觸充電系統(tǒng)（圖10）。

圖10：與海外產(chǎn)品的性能比較
除了效率出色外，2008年度線圈間隙為100mm，擴(kuò)大至海外品的2倍。2009年度在保持效率的同時(shí)將縫隙擴(kuò)大至140mm。

　　與海外產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品的效率提高了6個(gè)百分點(diǎn)，而且將二次線圈的拾音器重量和厚度削減了一半?？p隙可以擴(kuò)大至2倍的距離。實(shí)際使用時(shí)，由于線圈被保護(hù)罩蓋住，海外產(chǎn)品只有約30mm的縫隙。而我們的開發(fā)品能以80mm左右的縫隙供電。此外，在該開發(fā)品面世1年后，又開發(fā)出了雖然重量稍微增加，但在相同效率下將縫隙擴(kuò)大至140mm的產(chǎn)品。

　　2009年，在奈良公園采用上述開發(fā)的無線供電系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)證試驗(yàn)（圖11）。通過在終點(diǎn)站奈良縣政府充電5～6分鐘，在途中的春日大社公交站點(diǎn)充電1分鐘，獲得了可行駛一圈6km、30分鐘路程的電量。

圖11：2009年在奈良公園實(shí)施的實(shí)證試驗(yàn)
在終點(diǎn)站奈良縣政府和春日大社之間的奈良公園內(nèi)以約30分鐘的路程行駛。

　　另外，WEB-1針對約3噸的車重配備了約12kWh的鋰離子充電電池。與市場上銷售的三菱汽車的“i-MiEV”相比，i-MiEV的車重約為1噸，配備了16kWh的鋰離子充電電池。

CO2削減67.6%

　　在奈良公園實(shí)施的行駛試驗(yàn)中，電池的充電狀態(tài)（SOC）從70％左右逐漸降低，在春日大社進(jìn)行的1分鐘充電也只提高了少許。之后，在縣政府進(jìn)行約6分鐘充電后，數(shù)值基本恢復(fù)，行駛中反復(fù)重復(fù)這一過程。從電池的輸出功率來看，在行駛途中剎車時(shí)會產(chǎn)生再生電力。

　　在該實(shí)證試驗(yàn)中，雖然運(yùn)行模式改變很多，但平均下來，與配備柴油發(fā)動機(jī)的巴士相比，將CO2排放量削減了67.6％。由于獲得了如此出色的結(jié)果，2009年度我們在日本環(huán)境省的資助下制造出了微型電動巴士“WEB-3”（圖12）。與WEB-1一樣，該車以日野汽車的“日野Poncho”為原型。WEB-3在地板下方配備了輸出功率為30kW、縫隙為140mm的無線供電系統(tǒng)。

圖12：配備側(cè)跪功能的“WEB-3”
WEB-3配備了采用空氣懸掛的側(cè)跪功能。后座配備了GS湯淺的鋰離子充電電池。無線供電系統(tǒng)的輸出功率為30kW，縫隙擴(kuò)大至140mm。

　　WEB-3采用空氣懸掛，具備乘降時(shí)降低車高的“側(cè)跪（Kneeling）”功能，由此，地面線圈與車輛線圈的縫隙可降至120mm。因此，巴士停車后降低車高，可立即進(jìn)入充電狀態(tài)。而且，地面線圈埋入與地面相同的高度，采用了即使從線圈上通過也不會壓壞的耐重型線圈。