电动汽车无线充电技术解析

发布时间: 2024-12-04 12:19:10

来源: 电控知识搬运工

眼下，新能源汽车作为未来绿色出行的重要载体， 正逐渐成为各国政府和企业关注的焦点。 不过，新能源汽车车主仍旧面临“充电等待时间长、充电桩数量短缺”等各种问题的困扰。

此种背景下，无线充电技术作为新能源汽车领域的 重要技术革新 ，正引领着新能源汽车技术的潮流。值得一提的是，无线充电对手机、电脑、相机等电子产品而言，可能只是个锦上添花的新功能， 但对新能源汽车产业，却有可能是启动整个市场的关键。

无线充电技术定义及工作原理

无线充电技术作为新能源汽车领域的另一大技术革新，正逐渐改变着人们的充电习惯。它消除了传统有线充电的诸多不便， 为新能源汽车的普及和推广提供了有力支持。

1、无线充电技术的定义

无线充电技术是将无线充电模块配置在智能道路上，同时太阳能等新能源提供电力，大幅减少电动汽车配备的动力电池容量，节能减排， 并降低电动汽车的运行成本的一种新兴智慧交通技术。

电动汽车无线充电系统，图片来源：上海人工智能研究院

2、无线充电技术的工作原理

电动汽车无线充电技术， 基于谐振电磁感应原理，与手机无线充电原理相似， 通过充电器中的磁性线圈将电流传输至汽车底部的对应线圈，当两者对齐时即开始充电。该技术高效快捷， 充电效率可达到90-93%，并能提供高达20kW的充电功率，相当于2级充电速度。

尽管目前市场上尚未实现增压器级别的充电速度，但这项技术正逐渐受到关注，并有望随着电动汽车市场的扩大而进一步普及。

无线充电技术的分类

电动汽车的无线充电技术主要分为 静态充电和动态充电 两种形式：

1、静态无线充电： 通过在停车位置安装充电垫，车辆在停车时自动开始充电，无需人工插拔充电线。

这种方式虽然提高了使用便利性， 解决了充电线插拔的安全问题， 但并未根本改善电动汽车的续航能力问题。

图片来源：智博会SCE

2、动态无线充电： 动态无线充电技术，也称为“在行驶中充电”，涉及在道路上安装充电线圈，车辆在行驶过程中通过底盘接收器接收能量。

这种技术的开发和实施，可以 显著减轻电动车驾驶者的续航焦虑 ，使电动车的使用体验更接近传统燃油车。

尽管目前动态无线充电技术尚处于初级阶段，需要克服的技术挑战包括能量传输效率、道路建设成本及兼容性问题等， 但其潜力巨大，有望成为未来解决电动汽车里程焦虑的重要解决方案之一。

未来的充电基础设施建设将需要考虑这些新技术的整合， 以实现更高效、更环保的电动车充电网络。

无线充电技术的4大核心传输技术

无线充电技术主要包括电磁感应、磁场共振、电场耦合和无线电波四种方式， 其中手机和电动汽车主要采用的是电磁感应和磁场共振两种方式。

电磁感应式充电效率高但传输距离短，对位置要求严格；而磁场共振式对位置要求较低，充电距离较长，但效率稍低。

1、电磁感应式

最常见的无线充电技术，主要通过电磁感应原理进行电能的无线传输，与变压器工作原理一致。 当初级线圈接上某个频率的交流电源时，由于电磁感应原理，次级线圈会产生感应电压，这样便把能量从发送端传送到接收端，实现了电能的无线传输。此类无线充电技术存在着局限性：由于两线圈之间气缝的限制，传输距离比较短，最远只能实现厘米级，而且空气间隙同样对电能传输效率有影响。

电磁感应式无线充电系统框图

2、磁场共振式

原理与声波共振类似，只要两个介质具有相同的共振频率，就能够传递能量。 这种方式的充电距离在电磁感应式与无线电波式之间 ，优点是传输功率较大，能够达到几千瓦，可以同时对多个设备进行充电，不要求两个设备之间线圈对应；缺点就是损耗很高，距离越远，传输功率越大，损耗也就越大，最麻烦的是必须对使用的频段进行保护。

磁耦合共振式无线充电系统框图

3、无线电波式

无线电波又叫电磁波， 利用无线电波进行电能传输，是另一种比较可靠的无线充电方式。 此方式最重要的一部分是天线，由天线来进行能量的转换与传输，通过发射装置之后，电能变换成电磁波，调整角度之后的接收装置收到无线电波，再把电磁波转化为电能。 这种无线充电方式在电动汽车领域的应用一直没有被深入研究。

无线电波式充电系统框图

无线充电技术应用场景

我国高速公路网络发达，每年都在规划或者新建多条线路，因此将动态无线充电技术应用到高速公路上 不仅可以解决电动汽车续航里程焦虑问题，也可以推进高速公路绿色智能化的发展。

图片来源：电小新

动态无线充电高速公路采用磁耦合无线电能传输技术 ，通过在原有路面下层铺设发射线圈、高频逆变器和补偿网络等组件，形成供电导轨。

在电动汽车动态无线充电过程中，发射线圈能够识别并定位接收线圈的位置。一旦发射线圈靠近接收线圈，便会自动启动，通过磁感应在接收线圈和发射线圈之间传输电能，从而为车载电池组充电。

当没有车辆经过时，发射线圈会保持关闭状态，以节约能源。高速公路上车辆的平均行驶速度为80km/h，最高速度可达120km/h，通常分为行车道、快车道、慢车道和超车道。 为了提升效益，动态无线充电车道一般设置在双向车道的快车道上。

无线充电技术的优势和争议

一、无线充电技术的优势

1、充电设备占地小、 充电便利性高；

2、充电设施可无人值守、 后期维护成本低等优势；

3、在相同的占地面积下，相比于传统的充电桩充电，使用无线充电可以充电的电动车数量有所提升， 增大了空间利用率。

图片来源：亿率动力

二、无线充电技术的争议

1、充电标准不统一

限制无线充电发展的一个重要原因就是充电标准不统一， 统一充电标准对于无线充电发展来说是一个必不可少的过程。

2、成本较高

电动汽车的无线充电需要较高难度的技术，在还没有普及和量产之前，所需的成本要高于有线充电。因此， 较高的成本依然阻碍着无线充电技术的普及和量产， 技术的进步在未来应该能使其成本逐渐降低。

图片来源：亿率动力

3、安全隐患

电能转化为电磁波之后会产生高频辐射，而且充电的时候如果有小动物或者金属异物介入，也会引起故障， 存在一定的安全隐患。

从无线充电技术在消费电子领域日渐崛起的态势来看，这项新技术在汽车产业对也会高速发展， 而电动汽车的走俏也为无线充电技术开辟了新的市场商机。

无线充电技术发展历程

1、国际方面

国际上对于电动汽车无线充电技术的研究已超过30年，2007年后开始转向产业化技术研究， 目前基础技术体系已相对完善。

标准化及低成本化是当前国际电动汽车无线充电产业的重点， 全球已成立了无线充电的“Qi”组织， 制定了具有通用性强和便捷特征的标准，并规定了无线充电85kHz的频率，为电动车辆的静态和行驶态无线充电奠定了基础。

图片来源：亿率动力

2、国内方面

在国内，各大车企正加速布局无线充电技术。值得注意的是，政策的支持也是无线充电迅速升温的基础， 2020年工信部发布的《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》中，明确将无线充电等新型充电技术作为重点研发方向。

国际加速无线充电技术发展落地

无线充电技术发展方面，已经有多家领先企业如大陆集团、 WiTricity 、高通、Powerma、大亨株式会社、Delachaux集团等积极投入研发， 推出了先进的无线充电解决方案。

2018年， 宝马推出首款具备无线充电功能的量产车型， 随后多家国际车企如大众、沃尔沃、特斯拉、奥迪、丰田等正积极布局无线充电技术，旨在打造无缝衔接的充电生态系统。 日本也计划到2025年落地动态充电实用技术， 瑞典甚至计划到2030年，实现全国约90％的公路和城市街道覆盖动态无线充电设施。

图片来源：宝马

2024年，美国专利商标局公布了特斯拉公司提交的四项新专利， 这些专利均与汽车无线充电技术相关， 而这也揭示了特斯拉未来可能采用磁共振等技术实现无线充电的愿景。尽管特斯拉过去并未积极追求无线充电技术，认为使用传统充电线为电动汽车充电并不复杂，但该公司的态度似乎正在转变。

2024年3月22日，特斯拉在其 Cybertruck皮卡的电池组中秘密集成了一个“感应式充电器接口”，预示着未来可能支持无线充电。此外，特斯拉还曾展示过一款家用无线充电站的渲染图， 清晰展示了无线充电站的设计。

如今，特斯拉、沃尔沃、奥迪和宝马等传统汽车企业已经开始研发或测试其电动车的无线充电系统。

图片来源：特斯拉

国内车企加速布局无线充电技术

上汽、一汽等已经推出了具备无线充电功能的车型，而 华为、比亚迪、吉利、小米、蔚来 等企业也在积极申请无线充电相关的专利。

据悉，华为正在研发无线远距离微波定向充能技术，可以实现100米内的定向充能，而且能量传输效率高达99.4%。这一技术被认为有望取代传统的充电桩，实现100米内的大规模微波集成充能，为数百辆汽车提供充电服务。

图片来源：亿率动力

另外，2024年4月11日，极狐汽车在北京举行了达尔文2.0技术品牌发布会，也向外界展示了其在新能源汽车领域的最新技术成果。其中，在补能方面，极狐汽车还推出一项 即停即充的汽车无线充电技术 ，官方表示预计于2025年量产。

图片来源：极狐汽车官方微博

此外， 万安科技、中电兴发、安洁科技 等上市公司也纷纷涉足新能源汽车无线充电赛道。

无线充电技术未来发展趋势

眼下，我们正在走向自动驾驶，电动汽车的无线充电是必然趋势， 预计2025年之后，智能化汽车产业逐渐成熟，无线充电的市场将会进一步扩大。

借由无线充电技术，可以容易地实现无人车与无人桩之间的连接，解放双手。 而通过无线充电+无人驾驶， 不仅能够实现汽车长时间自动化充电，同时在充完电后还可以自动给其他的车辆腾出充电位，使得充电桩得到充分的利用，从而增加未来的收入与效益。

图片来源：中兴

自动泊车、自动驾驶只有和无线充电相结合，才能给电动汽车车主带来完美体验。然而，电动汽车完全无人驾驶是一个长远的目标，想要真正实现无人驾驶，首先要实现无线充电；并且相较无人驾驶技术而言，无线充电更容易实现。 无论是从技术层面，还是发展层面，实际情况都表明无线充电的未来将会更早到来。

总的来说，对于电动汽车行业来说， 无线充电技术有着跨时代的意义， 不仅能够节约建设充电桩与充电站的成本，还能够把充电电源与变压器埋藏在地面下，让电动汽车的充电变得更快捷安全。相信在未来， 无线充电技术能够在电动汽车上成熟利用，并对社会的发展起到积极作用。

写在最后

特斯拉掀起智能化大潮，中国车企也正在用自己的方式探索差异化和突破口！当然，最后，还是希望咱们的无线充电技术和产品真真正正地能为新能源汽车带来特别的充电体验， 能让用户真真正正的体会到无线充电的便捷性，为用户带来收益。 同时，也希望这个产业能够健康快速地成长。

本文来源:AEE汽车技术平台

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