无线充电要来了?再也不用把电动车当爹了!

无线充电要来了?再也不用把电动车当爹了!

的确,时至今天,假如您家里或公司没有充电条件,是不建议您购买纯电动车的,毕竟纯电动车的能源补充速度相较汽油车慢。


此外,充电桩的可用情况不如加油站,目前几乎所有能找到的油站都是有专门人员运营,所以不用担心油站的情况。


但充电桩则不同,大部分情况下都是无人监管,很多充电桩即便损坏了,也无法发现,假如在不熟悉的地方遇上这种充电桩,相信你的内心会崩溃的。


电动车的续航短也是其中一个问题,在日常通勤的情况下还算可以,到了长途出行,就成为了纯电动车的软肋。


这是由于电动机天生结构决定的,这时候本来就捉襟见肘的续航里程就会放大。目前来说,在高速布置充电桩还是少数,而且一遇上节假日,排上三五个小时去充电,不仅浪费时间,还拖延了假期出行的行程。


可以完美解决以上问题的,当属无线充电技术。当然并不是说车辆停止在服务区充电,而是车辆行驶过程中就能够无线充电,这样既能够降低由于充电而浪费掉的时间,又可以不影响旅途的同时帮车辆充电,听起来似乎一举多得?


传统的充电设施还无例外的都拥有电线,电线是传输信号、电力等一切交流的通道。随着科技的进步,除了主流电器之外,电子技术的发展方向也是朝着无线技术,从最开始的有线电话到无线数码信号,并开始使用无线充电为手机、智能化设备充电。


随着汽车逐渐开始普及电动化,几乎可以断定无线充电是必经之路,想象一下,未来无论是停车场还是等红绿灯期间,又或者行驶在高速公路上,纯电动车都能充电,这将会终结续航焦虑,而电磁效应则让其成为可能。


电磁感应设计两个电磁线圈,也就是两根电线,通常是铜线,它们缠绕磁芯并通电;其中一个线圈是发射器,未来会出现在停车场、车道的充电板中,另外一个位于车身底部,作为接收器。


当发射器通电,它就会产生磁场,并向接受线圈传递能量,为车辆充电。 因此,产业专家相信无线充电将分为四个阶段实施,第一阶段应用于住宅,第二阶段应用于停车场,第三阶段应用于道路停车位,第四阶段更加未来化,埋在高速路路面下。


第一阶段已经出现,国外至少有两家公司开发出家用无线充电系统,分别是Evatran和Witricity。


Evatran位于弗吉尼亚州,它的无线充电系统可以应用于特斯拉Model 3和宝马i3和日产聆风,在3.3-7.2kW之间的一般家用额定功率范围有各种输出功率。Witircity在马塞诸萨州,他们的系统最高输出可达11kW。


此外,自动汽车制造商自己也开发专属无线充电系统,其中包括日产和宝马。无线充电应用第一阶段看起来进展顺利,但第二到第四部将需要政府支持。


在英国,2018年7月英国计划投入4000万英镑应用于研究无线充电技术,包括投资解决无停车位道路充电的无线充电技术,同时也在研究商用车的无线充电技术,比如共享汽车和大型运输车。


美国能源部资助的橡树岭国家实验室最近展示了输出功率120kW的无线充电系统,这种功率跟特斯拉超充功率相同,但实验室没有止步于此,其长期目标是研发350kW的无线充电系统,这样的充电功率让电车的充电时间低于15分钟。


为了让动态无线充电系统在经济上可行,实现350kW目标的条件相当苛刻,随着输出功率的提升,埋在录下的线圈体积和成本都要降低是大规模使用的前提。


同时,高通开发的动态无线充电示范项目也已经启动,高通在法国建了100米实验轨道,铺了20kW无线充电系统,虽然20kW的充电功率不高,对于铺设过长的线路成本效益比也不佳,但看起来是实现无线充电的基础。


它证明了随着技术进步,动态无线充电终将成为现实,也证明了终结续航焦虑只是时间上的问题。


不要太天真,根据无线充电联盟在2015年的研究(无线充电联盟是Qi无线充电标准的制定者),他们发现在现实工况,Qi标准无线充电的效率是59.4%,其竞品的效率仅为39.6%。


举个例子,iPhone X第一季度销量3000万,带来的影响是每日用电量增加415MWh,这还是每台手机每天只充满一次的数据。以60%的效率计算,结果是电网每日增加负载278MWh,这等同于家庭年均用电量的25倍(当然,这是海外统计的数据,并非中国数据)。


这仅仅是计算了数码产品市场,电网想要为新增负载采用清洁能源的话,就需要新建1400个风力发电机。


以电动车来计算,根据驾驶习惯,特斯拉Model 3每公里电耗为4.5-5.5kWh(理想情况下)以每天通勤35公里计算,特斯拉每日电耗7kWh,几乎等同于一个小家庭的日均用量。


所以电动车上路,相当于电网新增一个家庭用户,如果使用无线充电,几乎等于新增两个家庭用户,因为这种充电的功效率不高。国家电网也许能承受这种增长,但当地设施是否能承受就很难说了。


效率低


电网增加的压力主要原因是无线充电效率低,橡树岭国家实验室演示了20kWh无线充电系统已90%效率运行,功率输出比传统有线慢充快3倍左右,现在还不知道现实条件下充电效率是多少。


而目前有线充电的效率普遍在95%以上,所以效率低是影响无线充电普及的其中一个因素。


从图中可以看到,纵坐标为充电效率,横坐标为接收器和发射器之间的距离和发射器直径比,不同严格的线条代表不同尺寸的接收器。


通过图中的曲线,可以发现当接收器和发射器距离到达临界值时,充电效率会大幅下降。


对于一个既定的无线充电系统来讲,发射器和接收器位置的偏差讲述决定充电效率的重要,50cm直径的发射器和25cm的接收器最大偏差是7.5cm。


对于一辆四五米长,近两米宽的汽车来说,187.5px这个停车精度已经不低,也正是如此,车厂会将无线充电技术和自动泊车紧密结合在一起。


一般用三角测量法和磁矢量法,然后将定位信息传达给汽车的停车系统,汽车将自己准确的定位在地垫的顶部,位置越好,效率越高。 


便利性

车辆的高低不同、停车位置不同、地面杂物等会引起变化,这种变化的直接体现就是导致我们停入车位后无法充电。


曾经遇到过使用充电桩也无法为车辆充电的情况,充电桩一直显示识别失败,结果需要更换几个充电桩才能充电成功,就连普通充电桩的成功率都如此低下,那么无线充电的便利程度又能达到多高?


而且,由于外界环境不可控性,在公共场所使用无线充电,稍微有一些异物出现在电磁场范围内,都会影响充电。例如一直小猫站在充电板上,一个垃圾被风吹到充电板上等。 


成本


想要建设一个无线充电站,在体积和复杂程度上就跟普通充电桩不是一个量级,首先需要在地面挖个地坑,用于埋下充电线圈等必要部件,随后还需要重新回盖。如果想要充电功率足够大,那么这个坑也需要更大。


如果想要建一个无线充电站,甚至需要把整个原来的停车场都挖开,还需要布线等工序。而目前的充电桩只需要通过增加线路随后在地面上安装充电桩即可,几乎无损的安装,无疑有利于充电桩的普及。


更有科研人士指出,也许在无线充电技术得以全面投放的那天,纯电动汽车已经有了超大电池包、能实现上千公里的续航,而且充电时间大大缩短,那么无线充电也就没有存在的必要性。


的确,假如无线充电技术无法追进或超越电池包发展技术,那么无线充电技术也就无用武之地。 


标准化


无线充电标准化是重要是起步,国内外标准不一,就需要自己“摸着石头过河”。


没有标准化意味着通用性降低,想象一下,一个停车位只能服务一个品牌的车辆,市面上的品牌多如牛毛,难以保证使用便利性。


此时,标准的重要性就体现出来了,统一标准后所有的车辆到达停车场后都能使用同一个充电车位。


虽然无线充电技术在实验室条件下能做到不错的表现,但是实际普及还有一段很长的路要走,无论是电磁屏蔽问题还是充电效率问题又或者说成本,都是限制无线充电技术发展的重要因素。


如果需要大力推广,少不了国家层面的支持,就像当初纯电动车发展一样,国家补贴推动才会高速发展。


但我们从有线上网到WIFI普及,人们并没有等待太长时间,相信在未来技术升级和普及推广将带来无线充电设备成本的进一步降低,电动汽车无线充电技术或许会进入千家万户,甚至高速公路。



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