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乘用车也可采用非接触充电(中)

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  电磁感应是最接近实用化的方式,不过存在的问题是送电距离比较短,如果送电部与受电部的横向偏差较大、传输效率就会下降。另外,用于快充时,还存在基础设施方的送电设备耗费成本的问题。

  而针对这两个问题,开发出了能够延长送电距离的磁共振方式和有望减少相关成本的微波方式。

  日产正考虑采用电磁感应方式。该公司在2009年7月举行的先进的技术说明会上公开了电磁感应方式的非接触充电系统(图2)。系统是该公司与昭和飞行机工业合作开发的。充电能力因送电线圈和受电线圈的尺寸而异,不过用于乘用车的充电能力为1k~30kW左右。

  图2:配备非接触充电系统的实验车辆日产汽车2009年7月公开的非接触充电系统。(a)原型车是2000年上市的电动汽车“Hypermini”。计划在2013年推出的新一代EV中采用非接触充电系统。非接触充电系统是与昭和飞行机工业合作开发的。(b)送电部和受电部。

  如果家用普通充电的充电能力为1.5kW(交流100V×15A)左右,街上快充器(直流300~400V×150A)的充电为50kW左右,纳闷昭和飞行机所开发系统的充电能力则相当于快速充电器的一半左右。普通充电时,能以与电线式相同的时间进行充电,快速充电时,则能在电线倍时间内充电。

  电磁感应在送电线圈和受电线圈之间传输电力。当送电线圈中有交流电流流过时,送电·受电线圈之间产生磁束,随着磁束变化,受电线圈会有交流电流流过(图3)。日产与昭和飞行机合作开发的系统,其传输距离为10cm左右,传输效率达到90%,不过希望今后即使汽车在横向偏差20~30cm时停下也能确保同等的传输效率。具体将通过减少送电·受电线圈的损耗等,比原来进一步提升传输效率。

  图3:电磁感应的原理当送电线圈有交流电流流过时,产生磁束,穿过受电线圈。当磁束变化时,受电线圈产生感应电动势,有电流流过。

  此外,两家公司还将研究检测充电时送电·受电部之间是不是有动物侵入还有是不是有金属碎片进入等的机制。因为如果充电时有异物,此处就会产生涡电流,有可能导致发热。

  其他两种方式的输出功率还很小,还处于研究阶段,不过作为下一代技术备受关注。

  采用磁共振方式的非接触传输系统自2007年美国MIT(麻省理工学院)公布以来,一直备受全球技术人员的关注。日本国内,2009年8月长野日本无线宣布开发出基于磁共振的送电系统(图4)。当送电·受电部之间的传输距离为40cm时,传输效率达到95%(图5)。

  图4:基于磁共振的电力传输系统长野日本无线开发的试制系统。其特点是与电磁感应方式相比,适于长距离传输。基础原理是电磁感应,利用控制电路设定共振频率,能够减少送电部与受电部之间的电阻,能够将电传输到远处。

  图5:磁共振方式的系统(长野日本无线)利用高频电源将家用电源AC100V(50~60Hz)转换成13.56MHz,传输到送电部。利用受电部的整流电路转换成直流,用于点灯或者发动模型直升飞机。

  磁共振的基础原理与电磁感应相同。当送电部有电流流过时,产生磁束,受电部就会有电流流过。不过,不同点在于并非由简单线圈构成送电部和受电部而是采用兼备线圈(L)和电容器(C)的LC共振电路。另一个不同点是具有使两个电路具有相同共振频率的控制电路。共振频率值随着送电部与受电部之间的距离而变化。通过利用控制电路设定适当的共振频率来使两个电路发生共振。

  该公司估算,磁共振方式在60cm的传输距离内能保证90%的效率(图6)。而电磁感应方式在数厘米左右的距离内传输效率低于90%,因此磁共振方式的效率更高。

  设定共振频率的控制电路连接到送电部。如果不根据传输距离改变共振频率,传输效率也会跟电磁感应一样迅速降低(图7)。传输效率还随着送电部和受电部的直径而改变,面积越大,传输效率越高(图8)。

  图6:送电方式和传输效率电磁感应在数厘米内传输效率降低。而磁共振传输效率的减少平缓。送电·受电部的直径为40cm时。(图表出处:长野日本无线)。

  图7:磁共振方式的共振频率控制根据送电部与受电部的距离适当控制共振频率,传输距离会猛增。(图表出处:长野日本无线:送电·受电部的直径与传输距离的关系送电部和受电部都是直径越大,传输效率越高。(图表出处:长野日本无线)

  虽然目前输出功率只有30W,但2009年内打算提高到1kW左右。不过,实际使用时,需要跟其他方式一样,要符合电波法、验证对人体的安全性及减小部件等。

  并且,方针是“从工厂叉车等应用限制范围受限的领域导入,最终应用于EV”(长野日本无线研究开发部长谷屋明彦)。

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