充電技術(shù)一直是限制純電動車行業(yè)迅速發(fā)展的主要瓶頸，動則五六個小時的充電時間讓一般消費者望而卻步，尤其在充電網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達的地區(qū)，用戶存在嚴重”里程焦慮”，即使Tesla的超級充電樁也不能完全解決問題。無線充電在這樣的大背景下誕生無疑是應(yīng)景的，也滿足的用戶的剛性需求。
近日，日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)的一項研究就將無線充電由實驗室向?qū)嵺`推進了一大步。日經(jīng)技術(shù)在線就這項研究進行了報道，看起來很學(xué)術(shù)，但細細閱讀，你會發(fā)現(xiàn)無線充電技術(shù)真的離我們越來越近了。
邊移動邊充電不是夢
據(jù)悉，日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)(NAIST)信息科學(xué)研究系教授岡田實的研究室與電力設(shè)備及工業(yè)機器人制造商大阪變壓器公司合作，開發(fā)出了可為移動中的設(shè)備及純電動汽車等無線充電的”使用平行雙線的無線電力傳輸方式”。
這是一種基于磁共振方式的線路型無線充電技術(shù)，但供電器并不是排列多個供電線圈，而是向兩條平行排列的導(dǎo)線(平行雙線)施加13MHz左右的高頻電壓。線路遠端既可以連接起來，也可以分離。受電器為使用線圈的普通結(jié)構(gòu)。
設(shè)想的用途是為行駛中的純電動車等移動體充電。例如，在工廠的工業(yè)機器人通道或者車道旁的人行道上設(shè)置平行雙線，為裝有受電器的機器人、純電動車、電動巴士、自行車及行人的智能手機等充電。
據(jù)介紹，與排列多個線圈作為供電器的傳統(tǒng)技術(shù)相比，新技術(shù)具有以下兩個優(yōu)點：(1)供電器容易安裝，(2)供電效率不易受到供電器與受電器之間位置關(guān)系的影響。
平行雙線技術(shù)的供電效率同樣對位置存在依賴性。這是因為，平行雙線存在電流密度的駐波，”波幅”與”波節(jié)”處能夠傳輸?shù)碾娏Υ蟛幌嗤?。岡田等人認為，這一問題可以通過將波節(jié)部分的線路彎曲等措施來解決。
充電效率提高，耗能降低
平行雙線之所以能夠成為無線充電系統(tǒng)的供電器，是因為岡田等人找到了在其接近受電線圈時、包括負載在內(nèi)的整個系統(tǒng)達到阻抗匹配的匹配條件。具體而言，岡田等人已經(jīng)證實，平行雙線與受電器及負載的磁場耦合時的等效電路等價于高通濾波器(HPF)。
HPF起著使電源與負載的阻抗相匹配的阻抗轉(zhuǎn)換器的作用。當受電器在線路上移動時，系統(tǒng)的阻抗匹配條件除了受導(dǎo)線粗細及導(dǎo)線間距等的影響之外，還受到受電線圈在線路上的位置的影響。因此，裝有受電器的移動體沿著平行雙線移動時，需要利用嵌在電源一側(cè)的匹配器，對系統(tǒng)的阻抗進行動態(tài)匹配。這種匹配器的開發(fā)由大阪變壓器負責。
盡管業(yè)界已經(jīng)開發(fā)出好幾種線路型無線供電系統(tǒng)，但此次的技術(shù)與這些系統(tǒng)均不相同。比如，日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)電氣電子信息工程系教授大平孝的研究小組利用的是電場耦合，而平行雙線技術(shù)利用的是磁場耦合。
龍谷大學(xué)理工學(xué)院電子信息系教授石崎俊雄的研究室和RyuTech正在開發(fā)的線路狀無線供電系統(tǒng)利用的是磁場耦合，但供電器使用名為”微帶線”(Microstrip Line)的、可以傳輸電磁波的導(dǎo)電體。而平行雙線方式供電系統(tǒng)則是電磁場在線路上形成駐波。
在利用軌道模型玩具試制的無線供電系統(tǒng)中，傳輸40W的電力時，傳輸效率比其他方法高出幾個百分點。而且，這還是在沒有對受電線圈的阻抗進行控制的情況下。
據(jù)介紹，如果結(jié)合受電線圈的阻抗控制，按照理論計算，即使考慮到導(dǎo)線的電阻和渦電流造成的損失(導(dǎo)損)，最大效率也可提高到85%左右。如果沒有導(dǎo)損，理論效率將達到100%。
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