无线电动汽车充电的工作原理

已发表: 2022-11-04
一辆特斯拉停在大楼前。
JL 图像/Shutterstock.com

到目前为止,我们都已经习惯了智能手机的无线充电,但如果你能以同样的方式为电动汽车充电呢? 该技术目前正在开发中——很快,你可能需要做的就是为你的特斯拉充电。

无线电动汽车充电的工作原理

电动汽车无线充电的工作方式与智能手机充电的方式类似——通过磁感应。 感应充电的工作原理是在一个区域产生一个电磁场,通常是通过一个带电的金属线圈,在另一个区域产生电流,该区域足够接近以受到该场的影响。 因为电磁场会产生电流,所以不需要电线来传输电力。

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在智能手机中,该过程通过手机必须保持接触的磁铁或垫子进行。 在电动汽车中,相同的基本概念在更大范围内使用,功率更大,从而在充电板和车辆之间留出更多空间。 地面上有一个感应充电板,汽车停在上面。 车内的摄像头会告诉驾驶员它们何时正确定位在充电板上。

一旦汽车停在焊盘上,接地焊盘和连接到 EV 的焊盘就会产生电流。 接地垫由来自电网的电力充电,从而产生电磁场。 汽车底部的充电板与地面上的充电板以相同的磁频率产生共振,并产生电流为车辆电池充电。 与需要磁铁精确对齐和接触的智能手机充电不同,电动汽车感应充电有更多的余地——气隙可以是英寸而不是毫米。

在无线智能手机充电的电力传输效率约为 80% 的情况下,无线 EV 充电声称要好得多。 技术 YouTuber Matt Ferrell 在他的一个视频中与一家名为 WiTricity 的无线电动汽车充电技术公司进行了交谈。 该公司的首席执行官声称其无线充电设备的效率约为 99%。 这与在充电站或家里充电差不多。

这令人惊讶,因为我们预计会因无线充电而不是插入充电而降低效率。但其他数据似乎支持这种充电效率水平。 罗彻斯特理工学院的绿色技术加速器中心与无线充电公司 HEVO 合作进行了一项研究,其中无线 EV 充电在原型设备中的效率为 95%。 2018 年,能源部橡树岭国家实验室 (ORNL) 进行了高达 120kW 且效率高达 97% 的无线充电。

这并不意味着我们明天都会为我们的特斯拉无线充电。 该技术仍处于测试阶段。 但 WiTricity 已经用他们的技术改造了多款电动汽车,据说效果很好。 其他多个国家也在对其进行测试,并致力于打造大众市场解决方案。 如果改进到足以被大规模采用,当前型号的无线充电套件将广泛可用,并且新的电动汽车将内置无线充电功能。

正如 Ferrell 在他的视频中所说,这可以让自动驾驶和自动泊车拥有更多的自主权。 如果他们可以通过内置在停车位或道路上的充电板为自己充电,他们就不需要任何人际互动来完成他们全天的任务。 最终,例如,最后一英里的车队车辆可以通过在无线充电板上停车或行驶来充电,而无需全天充电,尽管在接近现实之前还需要对自动驾驶技术进行更多改进。

此外,康奈尔大学已经在研究可以植入道路并在您驾驶时为您的汽车供电的无线充电板。 德雷克塞尔大学也在开发无线充电技术,该技术可以内置在道路中,并且能够更好地容忍充电垫之间的错位。

将这种技术大规模建设到道路上的成本还有待观察,如果高得令人望而却步,可能会阻碍无线充电道路成为主流。 在维护我们目前的道路和桥梁方面,美国没有很好的记录,但随着国会最近批准了一项大型基础设施法案,我们有望看到这一趋势得到改善。

电动汽车无线充电的挑战

大众市场无线充电的一大障碍是费用。 在撰写本文时,WiTricity 表示,他们的一个无线充电站售价约为 700 美元。 但在这一点上计算真实成本很棘手,因为技术太新了。 这取决于您是在谈论改装单个车辆还是装备整个车队。 根据生态专家的说法,在大型电动巴士上添加几个垫子的成本也比为普通电动轿车配备无线充电的成本更高——高达数千个。 最重要的是,在撰写本文时,无线充电技术的成本将远远高于为个人使用而安装的有线充电站。

随着技术的改进和走向更广泛的市场采用,这个价格有望下降。 不过,就目前而言,对于许多电动汽车司机来说,它仍然是一个昂贵的新奇事物,而不是一个实用的解决方案。 除此之外,目前没有太多无线电动汽车充电基础设施。

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充电速度是另一个障碍。 据 Green Car Reports 报道,当这项技术几年前首次开始流行时,它仅传输约 3.5kW 的功率。 在撰写本文时,该速度已增加到 11kW,足以为电池每小时充电增加约 34 英里的电量。 这是相当快的,特别是如果你要停一段时间,但它与普通的直流快速充电 (DCFC) 站相去甚远。

还需要解决一些安全挑战,例如如果金属在充电板处于活动状态时与充电板接触会发生什么情况。 由于电流通过焊盘,金属物体会变热并最终导致火灾。

为了解决这个问题,制造商正在构建故障保险柜。 在 Ferrell 的视频中,WiTricity 的 CEO 解释说,如果检测到像金属罐或猫这样爬到车下取暖的物体,充电器会关闭并向您的手机发送通知。 如果一个人离充电板太近,它也会关闭。 WiTricity 的网站更详细地概述了这些预防措施。

无线电动汽车充电的下一步是什么

自 2007 年左右开始发展,无线 EV 充电最终可能在未来几年成为主流。 汽车工程师协会 (SAE) 于 2020 年批准了无线电动汽车充电标准,标志着它可以进入大众市场。 一旦制造商充分测试和开发了这项技术,我们可能会开始看到无线充电成为电动汽车的标准配置。

基础设施要赶上这个想法并且过去型号的改装套件对普通消费者来说是负担得起的,还需要一段时间。 但这是朝着有趣方向迈出的一步。