随着汽车电汽化的发展趋势,更多的周边技术也被催生了出来,电子涡轮增压、能量回收、大功率充电、电控四驱等等一系列技术,随着电气化技术的飞速发展,无线充电技术也开始出现在我们的视野中,相比插座充电方式,无线充电省却了长长的充电线,干净整洁,停车即充,可谓是懒人们的福利。
虽然技术好,但从市场应用来看,普及率实在是低的可怜,而从消费市场来看,大多数手机已经基本普及了无线充电这一配置。而新能源汽车无线充电技术提出的时间相对较早,但却为何迟迟不得量产?是技术还是需求问题,本期,我们就来关注下新能源无线充电的发展,为何发展如此缓慢?
埋藏在百年前的技术火种
提及无线充能的技术,就不得不提及爱迪生与特斯拉的恩怨,爱迪生我们大家都比较熟知,作为一个发明家,爱迪生一生中创造发明有一千三百二十八种,涉及了我们日常生活的方方面面,而同时代的特斯拉也是一位拥有绝妙创意的人。两人最为重要的交锋就是至今仍为人津津乐道的——“电流大战”,经此一战,奠定现代电力发展雏形。作为同时代的两个天才,不管是商业的竞争还是私人恩怨,都让我们体会到电力技术的魅力。
将电能无线传输的想法,早在1893年间,特斯拉就已经进行了展示,通过线圈将电能进行无线传输,点亮了近距离的小灯泡。但特斯拉并没有局限在小功率的近距离传输技术,按照其想法,未来电力可以通过高塔以及气球进行远距离无线传输。
为此,特斯拉在1900年建立了规模与能量最大的特斯拉线圈,利用三个特斯拉线圈可放射出数百万伏电压并制造出“人造闪电”,通过谐振的方式发送到地球高空大气的电离层这个超级电容上,下方可通过特制电容对电力进行接收。但特斯拉想法过于超前,受限于基础设施以及资金问题并没有发展完善。
但从当下在物联网、人工智能AI以及新能源汽车等行业技术飞速发展下,能源传输将成为人类智能发展一个瓶颈,而无线立体式空间能量传输将成为破解能源瓶颈的关键。
无线充电的原理
当然,特斯拉的技术地图展示的过于庞大,直至百年后的今天,才刚刚开始了系统性的空间传能技术,而无线充电技术发展到今天,在路线上基本可分为四种,包括电场耦合式、电磁感应式、磁场共振式以及无线电波式。
无线电波式:从名称也可理解,无线电波是一种远距离的无线能量传播方式,并且设备小型化非常好,但辐射功率与传输距离成反比,如果功率过大,则会受到法律的制约,因此,该技术只能在特殊行业采用,新能源汽车不宜采用该技术。
从技术路线上来看,无线电波式传输可分为微波式和激光式两种技术路线,其中激光式可实现更长距离以及更小尺寸的设计,并且对周围电磁干扰比较低,但容易受到环境影响,且转化效率比较低,在高功率下对于人体也有伤害。并且传输效率低于25%,这无疑将大大增加充电时间。
电场耦合方式:电场耦合方式平板材料需要采用高介电常数电介质,为了传输效率,需要间距非常小,平板的面积则需要很大。该技术最大的优势在于对外界产生的电磁干扰较低,但在高频下铜损和铁损较高,效率比较低,因此造成充电时间大大增加,这对于新能源汽车是不能接受的。
电磁感应式:提及电磁感应,相信不少朋友都非常熟知,其原理非常简单,即通过初级线圈产生一定频率的的交流电,通过电磁感应,次级线圈中也会产生一定的电流,继而将能量进行传输。这种方式能量转换率高,传输功率范围较大。
但该技术线圈互相感应漏感较强,因此对于距离非常敏感,同时改技术需采用大量的铁磁性材料,因此,绕组尺寸与质量都非常大,并且高频下铁损较高,因此比较适合低频充电。
磁场共振式:磁场共振式的原理与声波共振类似,利用相同的共振频率进行能量的传递,磁场共振式可实现漏感补偿和频率调谐,可以显著提高传输距离,并且,还可同时对多个设备进行充电,不要求两个设备之间线圈对应。缺陷也比较明显,虽然其可远距离传输,但距离越远也造成了传输损耗越大,此外,还需对使用的频率进行保护。得益于在充电距离以及充电效率方面优势显著,磁场共振式也成为了近年来新能源无线充电的主要技术方向。
特立独行的特斯拉
从不少车企所公布的技术路线来看,大都选择了电磁感应式以及磁共振式两种技术路线,但充电技术在推广方面依旧存在诸多争议,不少传统车企对于无线充电技术都充满了热情,但以物理学家“特斯拉”命名的Tesla Motors却一反常态,对于无线充电却始终不“感冒”,马斯克还曾公开宣称,无线充电技术与特斯拉超级充电站相比,属于“低效且低能”的充电方式。
以传统的线充来看,其效率为95%左右,而无线充电效率则为90%左右,但随着技术的发展,其效率相应有所提升,但预计无法超越线充的效率。
有意思的是,特斯拉虽然宣称无线充电技术低能,但随着技术的发展,特斯拉也推出了一款无线充电设备,但该设备仅仅针对特斯拉MODEL S,并且每小时充电效率为7.2千瓦,足以保证MODEL S的日常充电。但明眼人都可看出,特斯拉对于无线充电的敷衍态度。
不过随着电池技术的发展以及充电功率的逐渐提升,无线充电的局限性愈发凸显出来,不过无线充电显然并不局限于固定式充电这一种方式,不少车企以及供应商开始思考另一种充电方式。
结语:科技改变生活,无线充电技术作为一种炫酷、便捷的充电方式也会逐渐在电动汽车搭载应用,但无线充电显然并不会以一种方式出现在我们眼前,下期,我们将对无线充电的另一种形式加以解读。
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