淺析無線充電技術(shù)原理及前景分析

石丁 米國挺 王亞亞

摘 要：隨著環(huán)境問題越來越被重視，傳統(tǒng)的交通工具受到越來越大的質(zhì)疑。低碳環(huán)保是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本需求。電能是首選能源，與其配套的無線充電技術(shù)是研究重點(diǎn)。本文主要介紹了無線充電技術(shù)的四種主要技術(shù)的原理，優(yōu)缺點(diǎn)，最后對比了有線充電技術(shù)與無線充電技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;無線充電;技術(shù)原理

人們生活水平的不斷提高以及對生活品質(zhì)的高要求，汽車已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的代步工具，每家基本都有一輛家用汽車，有些家庭還有兩輛甚至更多。但傳統(tǒng)的汽車都是以是由為核心原料，然而隨著汽車數(shù)目的不斷增加，給環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，我國大部分地區(qū)霧霾嚴(yán)重，空氣質(zhì)量下降嚴(yán)重。為了解決人民對高品質(zhì)生活的要求及環(huán)境污染之間的矛盾，人們從上世紀(jì)就已經(jīng)開始了對新能源汽車的研究與探索，在新能源當(dāng)中，毫無疑問電能是最簡單最方便，所以，電動(dòng)汽車自然而然成為了替代傳統(tǒng)能源汽車最為理想的選擇。但是，這個(gè)替代過程是非常漫長的，包含了很多制約因素，其中最為核心的就是充電技術(shù)。多年來，很多的技術(shù)工作者將目光與精力都投入其中。

19世紀(jì)30年代，被稱為電磁之父的“邁克爾·法拉第”發(fā)現(xiàn)變化的磁場產(chǎn)生變化的電流，到2007年，美國麻省理工學(xué)院的馬林·索爾賈?？说热擞? m外的電源，“隔空”點(diǎn)亮了一盞60W的燈泡，至此無線充電技術(shù)成為未來的發(fā)展方向，誰掌握了先進(jìn)的充電技術(shù)，誰就在國際上掌握了話語權(quán)。無線充電技術(shù)是最近這些年出現(xiàn)的一個(gè)主流技術(shù)，未來有著無限的光景。電動(dòng)牙刷，無線電話等部分家電產(chǎn)品中已經(jīng)開始使用無線充電技術(shù)，現(xiàn)在人們又將此技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)大到電動(dòng)汽車和列車領(lǐng)域，新興的充電方式，必將改變我們的生活方式，給我們的生活提供更多可能性。

1 目前主要有四種無線充電方式

1.1 電磁感應(yīng)形式

電磁感應(yīng)式無線充電技術(shù)是發(fā)展最悠久、最成熟、普及度最高的無線充電技術(shù)，它的根本原理是：在發(fā)送和接收端各有一個(gè)線圈，發(fā)射端線圈連接有線電源產(chǎn)生電磁信號(hào)，接收端線圈感應(yīng)發(fā)送端電磁信號(hào)從此產(chǎn)生電流給用電設(shè)備，其工作原理與變壓器類似，都是靠電磁感應(yīng)。它電磁感應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)：（1）輸出功率較大，可達(dá)到幾瓦至幾百瓦，完全滿足小功率用電器的需求;（2）傳輸距離較短，小于1厘米;（3）制作成本較低，技術(shù)較為成熟;（4）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，有一定穿透性。缺點(diǎn)：充電效率較低，難以滿足大功率傳輸需求，傳輸距離過短。

1.2 磁共振形式

磁共振方式的原理與聲音的共振原理相同。相同的音叉，當(dāng)一個(gè)發(fā)聲，由于振動(dòng)頻率相同其他的音叉也會(huì)跟著發(fā)聲。相同振動(dòng)頻率的線圈，如果排列在磁場當(dāng)中，當(dāng)一個(gè)供電之后，就會(huì)產(chǎn)生磁場，從而實(shí)現(xiàn)向另一個(gè)線圈的供電。相比電磁感應(yīng)式，磁共振式利用這一原理可延長傳輸距離。磁共振式無線充電的充電效率可達(dá)到數(shù)千瓦，傳輸距離理論上可達(dá)到數(shù)米甚至數(shù)千米，也可實(shí)現(xiàn)一對多充電。但是，磁共振式無線充電轉(zhuǎn)化效率不高，設(shè)計(jì)難度較高，維護(hù)成本高等問題，致使磁共振式無線充電技術(shù)應(yīng)用不夠普遍。

1.3 電場耦合式

電場耦合方式的無線供電技術(shù)與“電磁感應(yīng)方式”和“磁共振方式”不同，電場耦合方式利用通過沿垂直方向耦合兩組非對稱偶極子有產(chǎn)生的磁感電場來傳輸電力，具有抗水平錯(cuò)位能力較強(qiáng)的特點(diǎn)。

電場耦合式無線充電技術(shù)可實(shí)現(xiàn)傳輸功率 1W-10W 左右的無線充電，由于間隙的存在，能量在極板間的功率損耗較大，因此不能實(shí)現(xiàn)大功率電能傳輸;而傳輸距離最高能達(dá)到數(shù)厘米，充電效率最優(yōu)可達(dá)到 70% 到 80%，非常適合短距離充電，發(fā)射端和接收端的位置可以不固定，但由于設(shè)備體積和充電功率限制，目前市場應(yīng)用不多。

無線電波式。無線電波式無線充電技術(shù)將微波的能量轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)無線電力傳輸。其原理與早期的礦石收音機(jī)原理相似。主要由微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成，可以將從障礙物反彈回來的無線電波輕松獲取，從而實(shí)現(xiàn)能量的接收。無線電傳輸功率比較小，最高100毫瓦，傳輸距離比較遠(yuǎn)，最高10米。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化效率比較低，發(fā)射器發(fā)送的大量功率以無線電波的形式被浪費(fèi)掉，從而制約無線電波式無線充電技術(shù)發(fā)展，目前并未得到廣泛地推廣。

2 無線充電技術(shù)與傳統(tǒng)充電技術(shù)的對比

傳統(tǒng)的充電技術(shù)存在四點(diǎn)不足。首先，安全性差，需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作和日常的維護(hù)管理。有線充電站采用集中充電方式，充電地點(diǎn)固定，資源限制嚴(yán)重，充電完成后需要專業(yè)人員進(jìn)行調(diào)試，充電設(shè)備容易出現(xiàn)破損，銹蝕等問題，降低充電效率及可靠性。其次，傳統(tǒng)的充電站建設(shè)代價(jià)大。修建有限充電站需要在城市的核心地段修建，這些地方人員密集使用率比較高，但地價(jià)太高。再次，運(yùn)營效率低，單次充電時(shí)間長。最后，抗干擾性能差，灰塵，濕度等環(huán)境都會(huì)對有線充電方式產(chǎn)生巨大的影響，甚至可能帶來一些安全隱患。

相反，無線充電技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)勢。第一，安全可靠，對于極端環(huán)境的抗干擾性能強(qiáng)，泥沙，濕度等完全不影響充電作業(yè)。第二，無線充電可以直接利用停車場或停車區(qū)域甚至是?？空荆恍枰诤诵牡囟螌ｉT建設(shè)充電站，解決了代價(jià)高的問題。第三，高效節(jié)能環(huán)保，充電更加便捷。汽車可以在起點(diǎn)或者終點(diǎn)或者中途的?？空倦S時(shí)進(jìn)行電量補(bǔ)充，隨充隨用，不用太長的充電時(shí)間。第四，無線充電系統(tǒng)操作簡單，減輕工作人員的工作量。

3 結(jié)語

通過對有線充電和無線充電的對比，筆者相信，隨著人們對便攜性、高效率、環(huán)境品質(zhì)的追求，無線充電技術(shù)是未來的主要趨勢，發(fā)展前景巨大，取代無線充電技術(shù)是必然趨勢。

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