大功率線圈的研發(fā)進展證明電動汽車無線充電技術(shù)已準(zhǔn)備就緒

在電動汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，充電技術(shù)的革新成為了推動行業(yè)進步的關(guān)鍵因素之一。一直以來，傳統(tǒng)的有線充電方式雖然能夠滿足電動汽車的基本充電需求，但卻存在著諸多不便，如充電線插拔繁瑣、充電接口易磨損、充電設(shè)施布局受限等問題。而無線充電技術(shù)作為一種極具潛力的創(chuàng)新充電方式，正逐漸走進人們的視野。近年來，大功率線圈的研發(fā)取得了顯著進展，這無疑為電動汽車無線充電技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用注入了一劑強心針，有力地證明了該技術(shù)已逐漸邁向成熟，準(zhǔn)備就緒。

無線充電技術(shù)的基本原理是通過電磁場的相互作用，將電能從充電器傳輸?shù)皆O(shè)備。早在 19 世紀(jì) 90 年代，尼古拉?特斯拉就首次展示了著名的無線電力傳輸技術(shù)。如今，無線充電技術(shù)在日常生活中已相當(dāng)普遍，許多人使用無線充電板為手機、平板電腦和電動牙刷充電，甚至還有感應(yīng)式電飯煲。然而，在電動汽車領(lǐng)域，無線充電技術(shù)的普及卻相對滯后，這主要是因為其功率水平與快速充電領(lǐng)域相去甚遠。傳統(tǒng)的無線充電功率較低，無法滿足電動汽車快速充電的需求，導(dǎo)致充電時間過長，嚴(yán)重影響了用戶體驗。

但隨著大功率線圈的研發(fā)突破，這一局面正在發(fā)生改變。橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究人員宣布，他們已經(jīng)展示了有史以來速度最快、功能最強大的無線電動汽車充電器。這種 “輕型多相電磁耦合線圈設(shè)計” 的功率傳輸速度比市面上常見的無線充電板快八倍多。接收線圈安裝在現(xiàn)代科納電動汽車上，停在直徑為 14 英寸的多相發(fā)射器上，中間有 5 英寸的空氣間隙。經(jīng)測量，該系統(tǒng)的功率為 100 千瓦，效率為 96%，與優(yōu)質(zhì)電纜和插頭的效率相當(dāng)。這意味著，只需將車停在指定地點，就能實現(xiàn)快速、高效和超級方便的充電，在一小時內(nèi)就能讓電動汽車充電 350 英里(563 公里)。研究人員指出，多相線圈設(shè)計允許在盡可能小的線圈內(nèi)實現(xiàn)最高的功率密度，使系統(tǒng)相對緊湊、方便，其達到的功率密度是傳統(tǒng)線圈技術(shù)的 8 - 10 倍，可以在 20 分鐘內(nèi)將電池充電狀態(tài)提高 50%。這一突破性成就，為乘用電動汽車的快速高效無線充電打開了大門。

除了 ORNL 的成果，香港城市大學(xué)工學(xué)院電機工程學(xué)系助理教授江朝強團隊研發(fā)出的新型高功率 22 千瓦納米晶智能無線充電技術(shù)也為無線充電技術(shù)的發(fā)展帶來了新的可能。該技術(shù)讓無線充電效率達到 96%，充電系統(tǒng)體積減小 20%、重量降低 14%。傳統(tǒng)的電動汽車無線充電技術(shù)通常采用鐵氧體磁芯，但鐵氧體熱穩(wěn)定性差、磁性損耗大，導(dǎo)致功率密度低，重量和成本高，進而影響了無線充電技術(shù)的普及。江朝強團隊通過對磁材料和磁路設(shè)計進行優(yōu)化，將厚度小于 18 微米的納米晶合薄帶混合式層疊在磁耦合機構(gòu)上，以替代傳統(tǒng)鐵氧體。納米晶合金材料飽和磁感應(yīng)強度更高，可達 1.2 特斯拉，遠高于傳統(tǒng)鐵氧體的 0.45 特斯拉，具有熱穩(wěn)定性強、磁芯損耗低等優(yōu)點，使得無線充電器的尺寸可以設(shè)計得更小，并有效減少環(huán)境溫度對充電效率的影響。同時，團隊還通過精確設(shè)計磁芯的幾何形狀和磁屬性配置，對磁耦合機構(gòu)進行優(yōu)化，使其能量傳輸更加直接和高效，減少不必要能量損耗。

大功率線圈的研發(fā)進展使得電動汽車無線充電技術(shù)在多個方面展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢。從用戶體驗的角度來看，無線充電技術(shù)無需插拔充電線，只需將電動汽車停放在充電區(qū)域即可完成充電，大大提高了充電的便捷性，降低了充電接口的故障率。尤其是隨著自動駕駛技術(shù)的普及，未來無人駕駛汽車自動駛?cè)氤潆妳^(qū)域，無需人工干預(yù)，即可實現(xiàn)充電，將進一步提高電動汽車的運行效率。從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的角度來看，無線充電設(shè)施可以嵌入道路、停車場等場所，實現(xiàn)電動汽車的 “邊開邊充” 和 “即泊即充”，有效解決了充電空間不足的問題，同時也有助于優(yōu)化城市的空間布局。而且，無線充電技術(shù)還可與智能電網(wǎng)相結(jié)合，優(yōu)化能源管理，實現(xiàn)智能調(diào)度和負載平衡，確保電網(wǎng)穩(wěn)定性，并提高能源利用效率。

然而，盡管大功率線圈的研發(fā)取得了顯著進展，但電動汽車無線充電技術(shù)要實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用，仍然面臨著一些挑戰(zhàn)。首先是電磁兼容性問題，無線充電過程中產(chǎn)生的電磁場可能會對車輛的電子設(shè)備造成干擾，影響車輛的正常運行，因此需要采取有效的電磁屏蔽和濾波措施來降低干擾。其次是標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，不同廠家的無線充電技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)存在差異，這導(dǎo)致了兼容性問題，限制了無線充電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為了推動無線充電技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)需要建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。此外，無線充電設(shè)施的建設(shè)和普及也面臨著困難，相比傳統(tǒng)的加油站和充電樁，無線充電設(shè)施的建設(shè)需要更多的前期投入和技術(shù)支持，而且用戶對于無線充電技術(shù)的認知和接受程度也有待提高。

大功率線圈的研發(fā)進展讓我們看到了電動汽車無線充電技術(shù)的巨大潛力和廣闊前景。隨著技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，這些挑戰(zhàn)有望逐步得到解決。相信在不久的將來，電動汽車無線充電技術(shù)將成為主流的充電方式，為電動汽車的普及和可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻，推動整個汽車行業(yè)邁向一個新的發(fā)展階段。