以無線克服電動汽車的里程焦慮

　　隨著動力傳動系統(tǒng)從內(nèi)燃機(jī)(ICE)向電動機(jī)發(fā)展，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷史上最大的變化時期之一。雖然現(xiàn)代電動汽車(EV)續(xù)航里程方面的技術(shù)進(jìn)展顯著，但對于采用的最大障礙之一是消費(fèi)者擔(dān)心受困于電池沒電，即所謂的“里程焦慮”。

　　為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，大多數(shù)努力都致力于讓電池變得更好、車輛更高能效，但其它方法也開始嶄露頭角。其中最有意思的就是為EV無線充電的能力，這使得電池在車輛運(yùn)行且無需“硬接線“與電源相連接的情況下也能充滿電。半導(dǎo)體技術(shù)對于成功的電動汽車無線充電(WEVC)起著重要的作用。

　　采用新技術(shù)涉及一個變化的過程，不同于那些似乎享受“變化”本身的早期采用者，這對于許多主流消費(fèi)者來說可能很難。鑒于EV處于發(fā)展初期，里程焦慮常被認(rèn)為是其采用速度低于預(yù)期的一個原因。即使充滿電，除了用于本地通勤之外，一般EV的續(xù)航里程都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于汽油動力車輛。這意味著在家以外的充電似乎會成為一種必要。此外，充電站遠(yuǎn)沒有加油站那樣普遍，導(dǎo)致(用戶)有可能并擔(dān)心受困。最后，盡管電源管理技術(shù)的進(jìn)步使得充電時間得以大幅減少，但仍然比傳統(tǒng)加油站要長得多。

　　雖然充電基礎(chǔ)設(shè)施正在快速擴(kuò)張，尤其是像大眾汽車這樣的公司在美國投資20億美元用于清潔汽車基礎(chǔ)設(shè)施，這也是其為處理柴油機(jī)排放丑聞的努力之一。但許多公司正在尋找其他方式，能夠更便利地對車輛進(jìn)行充電。其中一個正在討論和評估中的關(guān)鍵技術(shù)是無線充電，特別是最終能夠動態(tài)地為車輛充電。

　　雖然許多人視無線充電為新技術(shù)，但其實(shí)它已有百年歷史。早在1894年，在紐約市，Nikolai Tesla為整個實(shí)驗(yàn)室的電燈供電，證明了該技術(shù)的可行性。但此后就幾乎再無進(jìn)展，直到最近移動設(shè)備的增長使這項(xiàng)技術(shù)再度嶄露頭角，主要是因?yàn)槠錇橛脩魩淼谋憷?/p>

　　無線技術(shù)工作原理

　　原則上，無線充電的工作方式與有線充電非常相似。電源電壓轉(zhuǎn)換為直流電(DC)并用于為電池充電。在較高的功率水平下，會使用功率因數(shù)校正(PFC)級。大多數(shù)基于主電源的充電器使用電流隔離變壓器，這是有線和無線充電器之間的本質(zhì)區(qū)別。

圖1: 典型充電器框圖

　　在有線應(yīng)用中，變壓器是一個帶有核心的單元，可確保初級產(chǎn)生的(幾乎)所有通量都能耦合到次級。這確保了高水平功率傳輸，進(jìn)而助力構(gòu)建高能效的充電器。

　　為了打造無線充電器，變壓器被分為初級和次級，初級(發(fā)射器)保留在充電器中，次級(接收器)位于將要充電的設(shè)備中。初級和次級之間的距離將因應(yīng)用而異，并會對充電器的性能產(chǎn)生重大影響。

　　通過將核心替換為“空氣”，通量傳輸減少。如果在基于核心的變壓器中，耦合系數(shù)(k)近似為1，那么在無線應(yīng)用中，k的值將接近0.25。實(shí)際值將與兩個線圈之間的距離成反比，且如果初級和次級未對準(zhǔn)，則實(shí)際值也將減小。

　　然而，通過在初級和次級引入磁共振可改善這種情況。通過使用兩個調(diào)諧電路，功率以特定的頻率傳輸，且與非諧振方法相比，功率傳輸?shù)哪苄Э山醴丁?/p>

圖2: 采用諧振方法的無線功率傳輸

　　這種方法的另一優(yōu)點(diǎn)是具有更好的電磁干擾(EMI)性能，這對無線充電的大規(guī)模推廣至關(guān)重要。它還允許使用諸如零電壓開關(guān)(ZVS)或零電流開關(guān)(ZCS)等技術(shù)，這兩種技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)極高能效的功率傳輸都起著重要作用。