电动汽车无线充电技术面临的挑战

随着辅助驾驶、自动泊车技术的不断进步,电动汽车无线充电因其可配合无人驾驶,做到自动充电,而得到广泛关注。产业化后的电动汽车无线充电产品涉及到无线电能传输、室内精确定位、无线通信、金属异物检测等多项相关技术。

产业化路上的挑战之一是成本。目前国际上计划在2018款新车安装原厂无线充电设备的还仅为中高端车型,例如:奔驰S550e、宝马530e、奥迪A8 e-tron。随着更多中级、紧凑级车型加入无线充电功能,挑战无线充电的成本问题将会随着产量增长得到解决。预计2020年以前,主流7千瓦无线充电设备价格会在一万元左右,之后由于产能提升,占设备主要成本的电力电子部分有望年均降幅超过50%,类似于过去几年直流充电模块或光伏逆变器的年均价格降幅。

标准化、轻量化、高效率也是电动汽车无线充电技术需要面对的几个挑战。为此奥迪公司展示了具有可升降发射端的AWC无线充电系统,该系统可以为不同底盘高度的车辆采用标准化无线充电发射端设备,高底盘SUV采用与轿车相同的接收端,将无线充电效率提高93%,已十分接近目前车载充电机效率。

商用车领域应用较多的是纯电动公交车无线充电系统,中兴新能源在2015年将30kW无线充电技术应用在城市微循环公交线路,采取夜间充电、白天补电的运营模式。国外具有代表性的是庞巴迪Primove 200千瓦无线快充技术,利用车辆运营期间的停车时间来对车辆进行快速补电,使车辆具有24小时不间断运营能力。由于全部地下安装,设备使用寿命相对于目前充电桩大大提高,并且可节省城市宝贵的土地资源。

分布式200kW无线快充公交车站

动态无线供电目前还停留在测试阶段。高通公司近日在法国凡尔赛展示了雷诺电动汽车在运动过程中无接触传输能量,功率达到20千瓦,实验道路长度100米。商用车方面2016年庞巴迪公司在德国曼海姆市展示了10米载重物流车行驶过程中传输200千瓦功率,但实验道路长度也仅为80米。由于动态供电需要较大的基础设施资金投入,而目前动力电池技术快速发展,成本降低,动态充电的必要性已经大大减弱。

“静态无线充电相当于速度等于0 km/h的动态无线充电。”业内人士认为如果把动态充电在行驶方向效率连贯性的特点应用在静态充电,将使目前无线充电效率因停车误差而产生的效率降低的问题得到根本解决。目前在曼海姆市运营的Primove无线充电公交车使用了动态电磁场接口设计,车辆在行驶方向停靠不需要精确对位,乘客上下车约20秒内使用200千瓦非接触快速补电。据了解,该技术已累计商业运营60万公里,得到运营商一致好评。

相对于传导式充电,电动汽车无线充电标准处于制定阶段,互操作性需要考虑的问题更多,其中涉及到电磁接口,通信协议,定位技术等。我国电动汽车无线充电标准参照IEC与ISO的分工,其中《电动汽车无线充电系统通用要求》由全国汽车标准化技术委员会归口负责,《电动汽车无线充电系统特殊要求》、《电动汽车无线充电电磁暴露限值与测试方法》、《电动汽车车载充电机和无线充电设备之间的通信协议》由全国电力标准化技术委员会归口负责。目前已经进入公开征求意见阶段,预计2017年底前完成第一轮标准制定工作。

2014年,Evatran公司世界范围内首次将电动汽车无线充电设备产业化,为日产凌风、雪弗兰Volt车主提供无线充电后装套件,但因3000美元以上的售价而没能大规模推广。近期陆续传出众多主流品牌将在2018款车型,如奔驰S550e、宝马530e中原厂安装无线充电设备,预计未来电动乘用车将采取家用无线慢充,结合公共场所传导式大功率充电的模式。商用车方面,充电倍率在3C以上的无线快充将逐步应用到固定线路公交车领域。