用于通過線圈傳輸電能的技術分為兩類:第一類稱為感應耦合,或稱磁感應,或稱電磁感應,這三個名稱指的是同一種技術,在業(yè)界簡稱為 MI。此外,同樣通過線圈傳輸能量的磁共振在業(yè)內被稱為MR。MI無線充電技術已廣泛應用于市面上的手持設備中,但采用MR技術的產品卻很少見。MI技術和MR技術最大的區(qū)別在于阻抗匹配網絡(IMN)的配置。MI技術沒有IMN,因此其效率隨著感應距離的增加而降低,而帶有IMN的MR技術可以在距離變化的情況下通過IMN的調整來保持高效率。磁共振技術,
手機無線充電普及后,越來越多的人關注電動車充電是否也可以無線充電。許多制造商多年來一直在開發(fā)相關技術。電動汽車無線充電主要是以MR技術為核心開發(fā)的。電動汽車無線充電技術難以實現,主要有兩大難點:感應距離遠、用電量大;在大多數移動無線充電的應用實例中,感應距離在1厘米以內,車載無線充電的感應距離要求在20厘米左右。無線充電的最低功率要求是手機5W,電動汽車3KW;可以看出,無線充電在手機和電動汽車上的應用在規(guī)格上存在較大差距;因此,過去為了區(qū)分技術,有這樣一種印象,即MI技術用于小功率手機的無線充電,而MR技術用于大功率電動汽車。
線圈尺寸決定感應距離
在實際應用中,MI和MR可以傳輸的距離和最大功率與線圈的大小有關。為便于理解,先將線圈設為圓形,感應距離以與圓形線圈直徑的比例來評價。MI的最佳工作感應距離為直徑的1/8。MR技術的效率在距離增加時可以通過IMN補償技術來保持,但是當線圈直徑超過1/2時效率太低。在線圈尺寸相同的情況下,感應距離在線圈直徑的1/8~1/4范圍內效率差異不明顯。當距離超過線圈直徑的1/4時,采用MI技術時效率會明顯變差。只有高效率才能滿足電動汽車的充電功率需求。手機無線充電一般效率為70%,接收功率為5W時會產生2W左右的損耗,大部分轉化為散熱。
當功率增加到3KW時,即使效率提高到90%,也會產生300W左右的損耗。這種損失會產生大量的熱能,商業(yè)化需要額外的冷卻解決方案成本。MI和MR技術的理想工作條件是線圈越大,感應距離越近越好。目前,大多數實用線圈的尺寸約為 60 厘米乘 80 厘米的矩形。如果設計距離為20cm,感應距離約為邊長的1/4。在這樣的感應距離下,沒有IMN補償技術的MI的傳輸效率與MR不會有太大的差異。IMN補償技術可以在感應距離較長的情況下保持較好的傳輸效率,
MI易于生產且成本低,并且在針對線圈尺寸和感應距離進行優(yōu)化時可以提供與MR相當的效率性能。最大傳輸功率取決于效率和散熱系統(tǒng)之間的平衡。無線充電系統(tǒng)會因損耗而產生熱能,發(fā)射功率越高,散發(fā)的熱能就越多。系統(tǒng)的最大傳輸功率受限于冷卻系統(tǒng)可以處理多少廢熱。
商業(yè)化所需的安全機制
安全機制是電動汽車應用中無線充電商業(yè)化的另一個關鍵。MI 和 MR 技術都通過線圈傳輸電磁能量。當金屬物體吸收電磁能時,會產生加熱反應。如果檢測到傳輸線圈上有金屬異物,安全機構將停止電力傳輸。技術難點是如何檢測線圈上的金屬異物,如何在送電前檢測線圈上的金屬異物,以及如何在送電過程中檢測兩個線圈之間侵入的金屬異物。
60cm*80cm左右的矩形線圈用于電動汽車的無線充電,比手機無線充電的5cm*5cm左右的矩形線圈大一百多倍。手機無線充電產品中金屬異物的檢測難度很大。隨著發(fā)射功率和感應距離的增加,需要解決技術難題才能準確檢測較大線圈表面的金屬異物。目前,制造商已經提出在大線圈的表面添加一層復雜的小線圈陣列。
這種設計可以有效地大面積檢測金屬異物,但在電力傳輸過程中無法檢測到,這也增加了額外的成本。金屬異物檢測技術已在 MI 中得到發(fā)展。MI的感應范圍比MR窄,但這個缺點有利于金屬異物的防治。異物金屬需要非??拷€圈才能接收電磁能并發(fā)熱;MI可以分析送電線圈上的信號進行金屬異物檢測,無需額外的檢測硬件,成本低。





