無線充電線圈設(shè)計(jì)

發(fā)射器和接收器諧振器線圈的設(shè)計(jì)和形狀對(duì)系統(tǒng)性能具有關(guān)鍵影響。對(duì)于靜態(tài)充電，發(fā)射器線圈采用扁平墊的形式，其中包含用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈和用于引導(dǎo)磁場(chǎng)的鐵氧體層，以及用于屏蔽的鋁層。

每種設(shè)計(jì)都有不同的特性：例如對(duì)線圈旋轉(zhuǎn)或磁通模式的敏感性。具有雙極場(chǎng)的“雙 D”(DD) 形配置的發(fā)射器線圈，其中每個(gè)線圈中的磁通量以相反的方向流動(dòng)。這種設(shè)計(jì)對(duì)接收器線圈的方向(旋轉(zhuǎn))具有很高的靈敏度，但不需要車底屏蔽。

標(biāo)準(zhǔn)化：SAE J2954

雖然 J1773 已死，但為電動(dòng)汽車開發(fā)感應(yīng)充電標(biāo)準(zhǔn)的努力正在取得成果，現(xiàn)在更名為無線充電傳輸 (WPT)。SAE 自 2012 年以來一直致力于J295 4，用于管理電動(dòng)汽車無線電力傳輸 (WPT) 的標(biāo)準(zhǔn)。

參與者包括通用汽車、寶馬、福特、日產(chǎn)和豐田等汽車原始設(shè)備制造商，一級(jí)供應(yīng)商德爾福、松下和麥格納，高通和 LG 等 WPT 供應(yīng)商，以及阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、EPA、 DOT、UL 和田納西大學(xué)。

目標(biāo)是在住宅區(qū)或停車場(chǎng)的靜電充電效率至少達(dá)到 90%。J2954 還計(jì)劃未來使用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行道路動(dòng)態(tài)充電。該標(biāo)準(zhǔn)為輕型和重型應(yīng)用定義了三個(gè)充電級(jí)別，WPT1(住宅：3.7kW)、WPT2(私人/公共停車場(chǎng)：3.7kW)和 WPT3(快速充電：22kW)。

對(duì)于輕型車輛使用，SAE 團(tuán)隊(duì)確定了 85 kHz 的充電頻率，該頻率位于國(guó)際可用的頻段內(nèi)。 該團(tuán)隊(duì)希望在 2017 年之前完成 J2954 標(biāo)準(zhǔn)，并在 2016 年底發(fā)布建議。

售后系統(tǒng)和 OEM 活動(dòng)

許多供應(yīng)商正在開發(fā)售后市場(chǎng)感應(yīng)充電系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以添加到電動(dòng)汽車中而不會(huì)使保修失效。通常，這些使用安裝在車庫、停車設(shè)施或道路上的地面充電墊。

高通的Halo WEVC 技術(shù)采用了這種方法。測(cè)試表明，150 毫米(6 英寸)的距離提供了最佳效率，但最大高度為 250 毫米(10 英寸)是可能的，允許 SUV 使用無線充電板;將來需要在更高的高度操作才能在車道或路面下安裝墊。

Evatran 提供他們的Plugless L2 3.3kW 靜態(tài)充電系統(tǒng)，直接出售或租賃給消費(fèi)者。該系統(tǒng)在 208 – 240 VAC 住宅電源上運(yùn)行，并包括一個(gè)聯(lián)鎖裝置，以防止同時(shí)感應(yīng)和傳導(dǎo)充電。最初，雪佛蘭 Volt、日產(chǎn) Leaf 和凱迪拉克的 ELR 都有版本。

Witricity 與麻省理工學(xué)院開發(fā)的諧振耦合 IP 合作，宣布推出WiT-3300開發(fā)套件，以幫助用戶評(píng)估其 WPT 技術(shù)。該公司聲稱在長(zhǎng)達(dá) 15 厘米的距離內(nèi)，功率傳輸高達(dá) 3.3kW，線圈到線圈的效率高達(dá) 97%?？捎眠x項(xiàng)包括測(cè)試軟件、諧振器測(cè)試臺(tái)和其他評(píng)估項(xiàng)目。

OEM 本身呢?盡管英菲尼迪確實(shí)在 2012 年紐約車展上展出的 LE 概念車中加入了 WPT，但他們正在等待最終確定感應(yīng)充電標(biāo)準(zhǔn)。

其他原始設(shè)備制造商正在進(jìn)行可行性研究和試驗(yàn)。例如，2014 年，豐田宣布正在對(duì)其 2kW 無線充電系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。為了幫助駕駛員將車停在最佳充電位置，測(cè)試車輛包括一個(gè)停車輔助功能，該功能可指示發(fā)射線圈在停車位中的位置。

在賽車運(yùn)動(dòng)方面，雖然電動(dòng)汽車的開輪賽車系列 Formula E 尚未為賽車使用無線充電，但其改裝的 BMW i8 和 i3 賽道車仍然使用 Qualcomm Halo 系統(tǒng)充電;一輛車位于維修區(qū)的每一端，以便在需要時(shí)沖刺到賽道上的事故。

安全問題

無線系統(tǒng)有兩個(gè)主要的安全問題：線圈之間的異物和 EMI 的影響。

發(fā)射器和接收器線圈之間的金屬物體會(huì)被磁場(chǎng)加熱。超過一定大小，產(chǎn)生的熱量會(huì)帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，檢測(cè)其存在的一種方法是通過感應(yīng)渦流引起的磁場(chǎng)干擾，傳感器陣列可以檢測(cè)到這種干擾。WiTricity Wit-3300系統(tǒng)正是采用了這種方法;如果它檢測(cè)到有潛在危險(xiǎn)的物體，它會(huì)通過 CAN 串行總線關(guān)閉 WiTricity 電源。小于 2.5 cm2 的金屬物體不會(huì)造成風(fēng)險(xiǎn)，也不會(huì)被檢測(cè)到。

另一個(gè)問題是EMI。精心的線圈設(shè)計(jì)最大限度地減少了車輛外殼外部發(fā)出的 EM 輻射量，因此即使靠著車輛躺在地上也不會(huì)加熱組織或增加患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)備中，人們擔(dān)心無線充電可能會(huì)干擾其他無線設(shè)備的操作，例如遠(yuǎn)程無鑰匙進(jìn)入 (RKE) 系統(tǒng)。

展望未來

隨著售后市場(chǎng)系統(tǒng)變得更加廣泛可用，靜態(tài) WPT 系統(tǒng)將在未來幾年慢慢出現(xiàn)。一旦 J2954 最終確定，并且 OEM 開始將 WPT 作為標(biāo)準(zhǔn)功能，速度將會(huì)加快。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，充電基礎(chǔ)設(shè)施將緩慢擴(kuò)展，既有獨(dú)立安裝，也有作為加油站的補(bǔ)充。

正在研究的一種方法是動(dòng)態(tài)充電，即電動(dòng)汽車在日常行駛期間從分布式充電器快速充電。部分動(dòng)態(tài)充電系統(tǒng)已在公交車上進(jìn)行了試驗(yàn);公共汽車從每站停頓三十秒左右開始獲取能量。添加 WPT 可使公共汽車擁有更小的電池，從而減小尺寸、重量和成本。

展望未來一兩年，真正重大的變化將是全動(dòng)態(tài)充電的實(shí)施，即電動(dòng)汽車在經(jīng)過路面下間隔嵌入的線圈時(shí)獲取電力。