無線電動汽車充電的工作原理
已發表: 2022-11-04
到目前為止，我們都已經習慣了智能手機的無線充電，但如果你能以同樣的方式為電動汽車充電呢？ 該技術目前正在開發中——很快，你可能需要做的就是為你的特斯拉充電。
無線電動汽車充電的工作原理
電動汽車無線充電的工作方式與智能手機充電的方式類似——通過磁感應。 感應充電的工作原理是在一個區域產生一個電磁場，通常是通過一個帶電的金屬線圈，在另一個區域產生電流，該區域足夠接近以受到該場的影響。 因為電磁場會產生電流，所以不需要電線來傳輸電力。
在智能手機中，該過程通過手機必須保持接觸的磁鐵或墊子進行。 在電動汽車中，相同的基本概念在更大範圍內使用，功率更大，從而在充電板和車輛之間留出更多空間。 地面上有一個感應充電板，汽車停在上面。 車內的攝像頭會告訴駕駛員它們何時正確定位在充電板上。
一旦汽車停在焊盤上，接地焊盤和連接到 EV 的焊盤就會產生電流。 接地墊由來自電網的電力充電，從而產生電磁場。 汽車底部的充電板與地面上的充電板以相同的磁頻率產生共振，並產生電流為車輛電池充電。 與需要磁鐵精確對齊和接觸的智能手機充電不同，電動汽車感應充電有更多的餘地——氣隙可以是英寸而不是毫米。
在無線智能手機充電的電力傳輸效率約為 80% 的情況下，無線 EV 充電聲稱要好得多。 技術 YouTuber Matt Ferrell 在他的一個視頻中與一家名為 WiTricity 的無線電動汽車充電技術公司進行了交談。 該公司的首席執行官聲稱其無線充電設備的效率約為 99%。 這與在充電站或家裡充電差不多。
這令人驚訝，因為我們預計會因無線充電而不是插入充電而降低效率。但其他數據似乎支持這種充電效率水平。 羅徹斯特理工學院的綠色技術加速器中心與無線充電公司 HEVO 合作進行了一項研究，其中無線 EV 充電在原型設備中的效率為 95%。 2018 年，能源部橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 進行了高達 120kW 且效率高達 97% 的無線充電。
這並不意味著我們明天都會為我們的特斯拉無線充電。 該技術仍處於測試階段。 但 WiTricity 已經用他們的技術改造了多款電動汽車，據說效果很好。 其他多個國家也在對其進行測試，並致力於打造大眾市場解決方案。 如果改進到足以被大規模採用，當前型號的無線充電套件將廣泛可用，並且新的電動汽車將內置無線充電功能。
正如 Ferrell 在他的視頻中所說，這可以讓自動駕駛和自動泊車擁有更多的自主權。 如果他們可以通過內置在停車位或道路上的充電板為自己充電，他們就不需要任何人際互動來完成他們全天的任務。 最終，例如，最後一英里的車隊車輛可以通過在無線充電板上停車或行駛來充電，而無需全天充電，儘管在接近現實之前還需要對自動駕駛技術進行更多改進。
此外，康奈爾大學已經在研究可以植入道路並在您駕駛時為您的汽車供電的無線充電板。 德雷克塞爾大學也在開發無線充電技術，該技術可以內置在道路中，並且能夠更好地容忍充電墊之間的錯位。
將這種技術大規模建設到道路上的成本還有待觀察，如果高得令人望而卻步，可能會阻礙無線充電道路成為主流。 在維護我們目前的道路和橋樑方面，美國沒有很好的記錄，但隨著國會最近批准了一項大型基礎設施法案，我們有望看到這一趨勢得到改善。
電動汽車無線充電的挑戰
大眾市場無線充電的一大障礙是費用。 在撰寫本文時，WiTricity 表示，他們的一個無線充電站售價約為 700 美元。 但在這一點上計算真實成本很棘手，因為技術太新了。 這取決於您是在談論改裝單個車輛還是裝備整個車隊。 根據生態專家的說法，在大型電動巴士上添加幾個墊子的成本也比為普通電動轎車配備無線充電的成本更高——高達數千個。 最重要的是，在撰寫本文時，無線充電技術的成本將遠遠高於為個人使用而安裝的有線充電站。
隨著技術的改進和走向更廣泛的市場採用，這個價格有望下降。 不過，就目前而言，對於許多電動汽車司機來說，它仍然是一個昂貴的新奇事物，而不是一個實用的解決方案。 除此之外，目前沒有太多無線電動汽車充電基礎設施。
充電速度是另一個障礙。 據 Green Car Reports 報導，當這項技術幾年前首次開始流行時，它僅傳輸約 3.5kW 的功率。 在撰寫本文時，該速度已增加到 11kW，足以為電池每小時充電增加約 34 英里的電量。 這是相當快的，特別是如果你要停一段時間，但它與普通的直流快速充電 (DCFC) 站相去甚遠。
還需要解決一些安全挑戰，例如如果金屬在充電板處於活動狀態時與充電板接觸會發生什麼情況。 由於電流通過焊盤，金屬物體會變熱並最終導致火災。
為了解決這個問題，製造商正在構建故障保險櫃。 在 Ferrell 的視頻中，WiTricity 的 CEO 解釋說，如果檢測到像金屬罐或貓這樣爬到車下取暖的物體，充電器會關閉並向您的手機發送通知。 如果一個人離充電板太近，它也會關閉。 WiTricity 的網站更詳細地概述了這些預防措施。
無線電動汽車充電的下一步是什麼
自 2007 年左右開始發展，無線 EV 充電最終可能在未來幾年成為主流。 汽車工程師協會 (SAE) 於 2020 年批准了無線電動汽車充電標準，標誌著它可以進入大眾市場。 一旦製造商充分測試和開發了這項技術，我們可能會開始看到無線充電成為電動汽車的標準配置。
基礎設施要趕上這個想法並且過去型號的改裝套件對普通消費者來說是負擔得起的，還需要一段時間。 但這是朝著有趣方向邁出的一步。