电动汽车的无线充电原理

美国田纳西州橡树岭国家级实验室(ORNL)的专家开发设计出了一种无线充电技术。专家说，这类技术能够在一小时内为一辆电动汽车充满电。与他们在2016年公布的快速无线充电系统对比，它是六倍的输出功率提高。他们汇报说，现阶段已经对这类无插电动汽车充电技术性做改善，以适用运货车等商业服务运用。

橡树岭电力电子技术和电力机械集团公司的责任人BurakOzpineci说，这一精英团队都还没完成。他说，他们已经向着美国能源部设置的更大总体目标——即创建一系列迅速、安全、简易的电动汽车充电系统——努力。按美国能源部2016年发布的命令的叫法，这将“加快美国电动汽车的普及化”。

他们的念头是将目前系统的输出功率吞吐量提升三倍，使电量耗光的电动汽车充电电池的充电时间降到15分钟下列。且要给电动汽车充电，除了将电动汽车开到嵌入混凝土中的无线充电板上以外，不用将任何物品插进汽车或再做别的任何事儿。

Ozpineci说，能源部的命令沒有表明这种系统应当是有线的还是无线的。但他填补道，“他们的特长是在无线层面。因此他们说，他们将做无线部分。”

现阶段艺术大师们用概画所描画的电动汽车充电泵类似汽车加油站，但是其释放出来的是电子而并不是石油。而电动汽车无线充电设备意味着的将会不仅仅是一种新的汽车燃料来源。如同20到30年以前的无线互联网革命一样，电动汽车的无线电源可能不仅仅更改汽车的电力来源。一些未来学家觉得无线电源正在“智慧城市”的盛行和加油站的衰落中饰演关键角色。

Ozpineci说，他们这可输出120KW功率、高效率为97%的无线充电技术所涉及到的2个重要因素是他们常用的原材料及其传送和接收电力的线圈。在2019年9月的IEEE能量转换展览会(IEEE’sEnergyConversionCongressandExposition)上，他们详细介绍了这项技术的资料。他们的本文很快将在IEEEXplore数据库上发布。

将无线电力从路面单元发射到电动汽车中的电力接收单元(彼此之间隔着宽约6英尺的气隙)，代表迅速震动地面线圈中的电场和磁场，并在电动汽车中的接收线圈中造成类似行为。Ozpineci说，事实上，这意味着通过约每秒钟22,000个周期(即22千hz)的振荡电流来输出120KW的功率。

他说：“难题是一般我们都有硅器件，而当我们达到更高的输出功率水准时，你没法在更高的电源开关频率下运作他们。在10千瓦时，你能转换到20千hz。可是如果你达到100KW乃至更高时，你必须减少电源开关频率——由于热管散热难题、机器设备响应难题及其他许多难题。”

可是，以效率高传送更高的输出功率需要更高的电源开关频率。因而，这事实上意味着不仅把硅换为更牢固(也更价格昂贵)的碳化硅，又要加强电力互换的发送端和接收端上的线圈。

Ozpineci说，特斯拉汽车的Model3也应用碳化硅电子设备。因而，橡树岭国家级实验室的技术对原材料的依靠在电动汽车系统中并不是史无前例。另一方面，他们承认他们的100磅(45Kg)线圈必须开展一些改善和提升，才可以将其引向商业化生产的设计阶段。

随后，他们必须进一步创意设计，使输出功率提升三倍才可以达到能源部350至400KW的总体目标。Ozpineci说，此项工作中已经开展中，但他猜疑在一切350KW或更多的无线增压器中都需要有好几个电源模块。

“我们可以应用单一电源模块，”他提到现阶段120KW的发电机组表示，“我们正处在或贴近这种电源模块的极限。若想做超越极限的事儿，我们必须把这种模块并联，要么必须把两个逆变器并联。如果你那样做的时候，你能因要同歩运作这些物品而碰到大量挑战。”

Ozpineci说，他的精英团队还要开展说白了就是电动汽车动态无线充电原理的可行性研究。动态无线充电系统可应用安裝在路面下的无线充电垫自动为行车中的电动车子电池充电。

他说：“全世界很多团队都会关心它，但大部分人都会考虑到减少输出功率。例如20KW。但我们不将自身局限性在20KW。我们需要100KW吗?需要120KW吗?需要更高的输出功率吗?不管我们算出哪些結果，美国能源部都可能会为示范项目提供资金。”