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摘要:随着环保意识的增强和新能源设备的发展,电动汽车具有越来越广阔的市场前景,无线充电技术是电动汽车领域的重要发展方向。电动汽车动态无线充电技术是车辆在行驶过程中,通过无线方式对电动汽车进行充电的技术。由于电动汽车在动态下进行充电,使得电池容量得以进一步缩小,节省了电动汽车充电时间,增加了便利性。而对电动汽车进行无线充电的主体就是无线充电公路。文章梳理了无线充电公路专利技术相关的国内重要专利,具有一定的代表性。
关键词:电动汽车;无线充电;动态;公路;专利
Abstract:Withtheincreaseofenvironmentalawarenessandthedevelopmentofnewenergyequipment,electricvehicleshavemoreandmoremarketpotentials,,thebatterycapacitycanbefurtherreduced,,whichisrepresentativeinthetrade.
1电动汽车动态无线充电与无线充电公路
随着石油资源的枯竭,世界各国都在逐渐投入对电动汽车各项技术的研究,其中电动汽车的充电技术是电控领域的重要分支。目前的主流充电技术是有线充电技术,有线充电技术需要借助线缆将电动汽車与充电电源连接来完成充电。有线充电技术具有一定的缺点,普通充电模式下,需要十几个小时才能完成一次充电,使得电动汽车的使用极其不方便。而快速充电使得电池的寿命降低,也会给公共电网造成电能污染和电能负荷。
近年来,无线充电技术成为电动汽车领域的一个研究热点,采用无线充电技术能够解决电动汽车充电过程中电缆连接束缚的问题。无线充电技术使得电动汽车的使用更加便捷。目前,无线充电技术显示了电动汽车在静态无线充电方面的优越应用趋势,国内外也对电动汽车的静态无线充电进行了多方位的研究[1-3]。从电力和无线充电效率的角度来看,静态无线充电技术基本上可以满足电动汽车充电的要求。而如果在电动汽车的行驶车道上设置无线能源传输装置,对移动中的电动汽车进行动态充电的话,可以大幅减少满足电动汽车相同行驶距离所需的电池包的容量,从而降低电动汽车的成本。电动汽车使用动态充电技术,不仅可以给停车中的车辆充电,还可以在开车时给车辆充电,大大提高了充电效率和便利性[4-5]。
电动汽车动态无线充电技术的基本原理是:电力通过埋在地面下的能量发射装置,以高频交变形式传递到车辆接收端的电能接收机构,在地面上特定范围内行驶时,车辆可以被无线的充电。电动汽车动态无线充电技术的主要参数是电能传输距离、功率、效率、耦合机构侧移适应能力、电磁兼容性等。因而,开发大功率、高效率、强侧移适应能力、低电磁辐射、成本适中的动态无线供电系统,已成为国内外主要研究机构的主要研究对象。
实现电动汽车动态无线充电的一个关键环节就是其发电侧的设计——无线充电公路。现行的设计思路通常是采用如太阳能一类的新能源作为发电装置,将太阳能接收组件和储能装置集成于公路路面下,为行驶中的车辆提供源源不断的电能。
太阳能发电及储能系统是一套稳定可靠的分布式电源系统,其技术已经比较成熟,可以满足各种用电需求,适应各种复杂的应用场景。基于太阳能发电的无线充电技术具有许多优点,其利用了可再生资源,节能环保,同时减轻了电网负荷,降低了用电成本,优化了能源结构,对环境保护、用电安全具有积极作用。将太阳能接收组件和储能装置集成于公路路面下,充分利用了路面空间,节约了充电站建设空间、降低了建设成本。同时,太阳能发电产生的电能以及存储在储能装置中的电能,除了能够为电动汽车进行充电,也可以为道路周边建筑或设施进行供电,如加油站、收费站、路灯、广告牌、指示牌等,有助于实现道路电气智能化。
2无线充电公路技术代表性专利
中惠创智无线供电技术有限公司(CN107069873A)提出了一种光伏公路,用于对电动汽车进行感应式无线充电,具有多个光伏发电装置埋设在公路中。如图1所示,光伏发电装置包括:盖板1011,线圈支架1012,底座1013,光伏电池板1014和隔磁片1015;整体呈正六边形结构,盖板1011,线圈支架1012和底座1013的大小相同,光伏电池板1014的面积略小,且光伏电池板1014能够嵌入到盖板1011中。六边形结构使得光伏公路模块能够彼此更容易配合地铺设在公路上,充分利用了公路的空间。将发射线圈与光伏发电装置直接结合,不需要额外设置支架,解决了无线充电系统中发射线圈的抗压,以及安装等系列难题,节约制造和安装成本。天津大学(CN107579585A)提出一种能够为行驶中的电动汽车连续充电的光伏智能道路,设置有光伏电池阵列2、定位器及检测器5和功率发射模块6,根据具体的道路情况,光伏电池阵列2与功率发射模块6呈间隔交替串接或是各自相连,并设置有集电装置及监控系统3、蓄电池4、控制器7和逆变器8,上层具有钢化玻璃,下层具有隔离保护层9起到防护支撑的作用。定位器及检测器5中的定位器可以与电动汽车上的定位器配对,确定该电动汽车的位置,根据位置信号,控制器7向逆变器8发出指令,蓄电池4中的电能逆变成高频交流电,功率发射模块6调节发射电能频率与电动汽车接收线圈的固有频率一致,通过磁共振技术对电动汽车进行无线充电,直至完成充电。
浙江晶科能源有限公司(CN108457149A)提出一种光伏道路,依次设有光伏组件1、透明树脂复合层2、无线充电组件3、支撑部4。其采用透明树脂复合层2作为光伏路面,既能够满足路面抗压能力,还能够提高路面的透光度,最大化利用光照,提高了光伏组件1的发电效率。此外,透明树脂复合层2中具有多个温度传感器和加热电阻,用于实时获取路面的温度,在积雪天气对道路进行融冰,其产生的热量也可以为绿化带中的土壤加热。透明树脂复合层2中还可以封装LED灯,其中该LED灯形成的图案可以为路标指示的图案。此外,还可以设置压力传感器,当路面上有车辆通过时,压力传感器能够实时的检测出光伏部件模块所承受的压力变化,当路面遇到塞车或事故时,可以根据压力传感器检测到的压力大小变化判断车辆的停车位置和停车时长,由此可以获得路面行车信息,判断道路的通行状况。
鸿海精密工业股份有限公司(CN110014896A)提出一种无线充电马路,参见图4,其包括马路地基21、路面层22、以及埋于所述马路地基21内的磁场产生装置23。磁场产生装置23能够在该马路20的表面上产生磁感线230,从而使得在该马路上行驶的车辆可以通过切割该磁感线230而产生感应电流。其另一种结构的充电马路如图5所示,包括设置于路面层22两侧的护栏24,护栏内设有磁铁233,两侧磁铁的N极和S极相对设置,从而产生与路面平行且与马路延伸方向垂直的磁感线230。在沿着马路延伸的方向,两侧磁铁的密度不断变化,从而使得磁感线230的强度不断变化。这样使得无线充电马路上车辆行驶时,穿过充电装置回路的磁通量不断变化。如果两侧护栏之间具有多个车道,则可以同时对每个车道上的电动汽车进行无线充电。
中海阳能源集团股份有限公司(CN109733215A)提出一种公路动态无线充电系统,系统控制层101用于对车载主控设备的数据进行接收转发及远程控制,电源切换层102用于位置检测及电源状态切换控制,功率发射层103用于传输电能,支撑结构层104用于支撑车辆负重。功率发射层103以预制件的结构方式架空覆盖安装,采用定制的利兹线圈,能够最大程度避免高频所导致的趋肤效应。功率发射线圈113安装在高速公路路面上,每个功率发射线圈113采用单独的电源供电,多个线圈构成一组,每组之间并联后按顺序与光储一体化微网相连接;传感器112采用位置传感器红外漫反射光电开关,能够准确的定位车辆位置,并可以防止无线传能过程中产生的强磁场对传感器112带来的干扰。支撑结构层104采用铝合金型材及电木绝缘板加工制作成支撑结构平台,平台两端设有缓冲制动模块,帮助移动负载的减速制动以及双向运行。
可见,许多公司和研发机构已经投入到无线充电公路的研究中来,无线充电公路即能为电动汽车驾驶员带来便利,也使电动汽车更具有市场前景。但也可以看出,无线充电公路仍然有许多亟待解决的问题需要去攻克,比如抗压、防潮、降低安装成本、提高充电效率等问题。这既是挑战,也使机遇,对于未来的公路智能化,这将是一个良好的开端。
參考文献:
[1][J].电子知识产权,2016(08):79-85.
[2][J].计算机与数字工程,2019,47(06):1382-1386.
[3]高大威,王硕,[J].汽车安全与节能学报,2015,6(04):314-327.
[4][J].国际公关,2019(03):192.
[5]朱春波,姜金海,宋凯,[J].电力系统自动化,2017,41(02):60-65+72.
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