“無線充電器”。“電動汽車”。兩個被廣泛討論的概念。將它們放在一個句子中，例如“讓我將電動汽車連接到無線充電器?” 沒那么多。

今天幾乎所有的電動汽車都使用傳導充電，但仍然存在揮之不去的擔憂。安全是一個潛在問題，尤其是在潮濕條件下。家用 110V 或 220V 系統(tǒng)最多需要 10 小時才能為 EV 充滿電。公共快速充電站有更多可用電量，可以在更短的時間內(nèi)為電動汽車充電，但它們占用大量空間，設(shè)備可能被盜。此外，快速充電器會降低電池壽命。

無線充電在低功耗消費應用中已經(jīng)存在多年——無線剃須刀隨處可見，電動牙刷自 1990 年代初就開始使用它。甚至醫(yī)療領(lǐng)域也在使用無線充電進行皮下植入物。

在汽車領(lǐng)域，無線充電是 GM EV1 的一項功能，這是主要制造商的首款量產(chǎn)電動汽車。EV1 以及數(shù)百輛第一代豐田 RAV4 EV 和雪佛蘭 S10 EV 使用符合 J1773 標準的槳通過感應充電。

有三個充電級別。車輛本身包括一個 1.2kW 1 級充電器，該充電器使用標準的 120V 插座。它可以充滿電，但需要長達 14 小時;它的主要目的是提供快速充電，讓車輛回家或到商業(yè)充電站。

對于家庭安裝，2 級充電器提供 6.6kW，但需要 208-240vac 電源。將 EV1 充滿電需要 8 個小時，盡管它可以在一到三個小時內(nèi)達到 80% 的電量。

不幸的是，對于 J1773，2001 年加州空氣資源委員會 (CARB) 決定將 J1772(一種導電(有線)充電接口)作為加州電動汽車的標準，導致其消亡。

在那之后，無線充電的進展一直很緩慢，盡管自 1997 年豐田普銳斯推出以來，電動汽車已經(jīng)成為主流汽車領(lǐng)域的一部分。

不過，現(xiàn)在，未來看起來更加光明。Navigant Research在其研究報告“電動汽車無線充電系統(tǒng)”中預測，2013 年至 2022 年，全球輕型汽車無線充電設(shè)備的銷售額將以 108% 的復合年增長率 (CAGR) 增長，實現(xiàn)2022年的年銷量略低于302,000輛。

不過，讓我們不要太興奮。為了在 2022 年實現(xiàn)超過 100% 的復合年增長率，預測需要從 2013 年 400 輛的微小起點開始，這一年純電動汽車的銷量約為 110,000 輛。

盡管在市場上進展緩慢，但無線充電有幾個理想的特點：

· 充電過程簡單、自動，無需司機輸入

· 與有線系統(tǒng)相比，它具有抗破壞性，甚至可以安裝在車庫表面下方

· 不需要接觸，也沒有暴露的電氣連接

· 對車輛的影響小——安裝的設(shè)備小而輕

· 新設(shè)計效率高，媲美有線充電

無線充電原理

電動汽車的無線充電使用近場充電 (NFC)：發(fā)射線圈產(chǎn)生磁場，通過感應將能量傳輸?shù)礁浇慕邮站€圈。發(fā)射器線圈產(chǎn)生的穿過接收器線圈并有助于功率傳輸?shù)拇磐坎糠质莾蓚€線圈之間距離的函數(shù)。傳輸效率取決于線圈之間的耦合 (k) 及其品質(zhì)因數(shù) (Q)。

緊耦合系統(tǒng)提供了最有效的功率傳輸，但代價是對線圈錯位的高度敏感。此類系統(tǒng)在發(fā)射器和接收器在幾毫米范圍內(nèi)的手機等消費應用中很受歡迎。電動汽車無線充電需要在線圈對齊方面具有更大的靈活性和更長的范圍，因此它使用具有諧振接收器-發(fā)射器組合的系統(tǒng)。這允許更松散的耦合，但效率較低。 如果兩個高 Q 諧振器放置得非常接近，使得它們之間存在耦合，則諧振器可以交換能量。

發(fā)生器輸出幅度為 Vg、頻率為 ω 的正弦電壓，輸出電阻為 Rg。源(發(fā)射器)和設(shè)備(接收器)諧振器線圈由電感器Ls 和Ld表示，通過它們的互感M耦合，其中M = k √ ( LsLd )。

諧振器由線圈和電容器串聯(lián)構(gòu)成。Rs 和Rd 是各個諧振器的線圈和諧振電容器的寄生電阻。負載由等效交流電阻RL表示。

最大功率傳輸效率 (PTE) 出現(xiàn)在諧振頻率，并且是兩個線圈電磁耦合的函數(shù)。當源阻抗和設(shè)備阻抗匹配時，它們之間的功率傳輸 (PT) 就會發(fā)生。如果兩個線圈強耦合，則 PT 隨頻率而變化，在諧振頻率之上和之下具有雙峰。

PTE和PT不能同時優(yōu)化;EV 充電器設(shè)計通常側(cè)重于首先提高 PTE，然后使用自適應阻抗匹配等技術(shù)來提升 PT。