最近，外媒techxplore發(fā)表了查爾默斯理工大學(xué)Sandra Tavakoli的一篇題為“新技術(shù)使電動汽車和渡輪的無線充電具有吸引力”的文章，介紹了一種利用碳化硅（SiC）模塊和細銅線和更高開關(guān)頻率傳輸高功率的應(yīng)用場景。
Yujing Liu教授展示了適用于電動渡輪、卡車和公交車充電的500千瓦感應(yīng)充電系統(tǒng)。DC-DC的效率可以達到98%。它每2平方米傳輸500千瓦，地面墊和機載墊之間有15厘米的氣隙。來源：查爾默斯理工大學(xué)
查爾默斯大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種感應(yīng)技術(shù)，可以在沒有人力或機械臂幫助的情況下進行電池充電。這項技術(shù)也非常完善，很快就能向工業(yè)界展示。
一種基于碳化硅的新型半導(dǎo)體。還有一種新開發(fā)的銅線，細得像人的頭發(fā)。這些因素突然使通過空氣傳輸高功率變得更加現(xiàn)實。
感應(yīng)充電是一個新事物
電動牙刷已經(jīng)有幾十年的歷史了。近年來，手機和其他便攜式電子產(chǎn)品已經(jīng)掌握了這項技術(shù)。但由于電動汽車的電池充電需要高功率，到目前為止，無線選項似乎過于復(fù)雜且無效。
然而，在需要經(jīng)常充電且環(huán)境要求很高的情況下，即使是在電池汽車的情況下——感應(yīng)充電現(xiàn)在似乎也面臨著突破。例如，電動城市渡輪。
無人機手臂充電
這意味著，在哥德堡和斯德哥爾摩可以找到定期穿越城市水道的電動渡輪，不需要人或機械臂的幫助來給電池充電。這同樣適用于工業(yè)、采礦和農(nóng)業(yè)中使用的城市公交車或無人駕駛電動汽車。
查爾默斯大學(xué)電氣工程系電力教授Yujing Liu特別關(guān)注可再生能源轉(zhuǎn)換和交通系統(tǒng)電氣化。
“你可以在碼頭上安裝一個系統(tǒng)，在乘客上下車的同時，在某些站點為渡輪充電。充電是自動的，完全不受天氣和風(fēng)力的影響，每天可以進行30-40次。這可能是最明顯的應(yīng)用，”他說。
“即使是未來的電動卡車，也可能有潛在的應(yīng)用。因此，其動機是這些卡車必須用如此高的功率充電，以至于充電電纜變得非常厚和重，因此很難處理。”
碳化硅半導(dǎo)體發(fā)展帶來了新的可能性
Yujing Liu表示，正是近年來少數(shù)零部件和材料的快速發(fā)展為新的可能性打開了大門。
“一個關(guān)鍵因素是，我們現(xiàn)在可以獲得基于碳化硅的高功率半導(dǎo)體，即所謂的SiC組件。作為電力電子產(chǎn)品，這些產(chǎn)品上市才幾年。與經(jīng)典的硅基組件相比，它們使我們能夠使用更高的電壓、更高的溫度和更高的開關(guān)頻率，”他說。
這一點很重要，因為正是磁場的頻率限制了給定尺寸的兩個線圈之間可以傳輸?shù)墓β省?/p>
高出四倍的頻率
“以前的車輛無線充電系統(tǒng)使用的頻率約為20kHz，很像普通的爐灶。它們變得笨重，能量傳輸效率不高。現(xiàn)在我們使用的頻率高出四倍。然后感應(yīng)突然變得有吸引力，”Yujing Liu解釋道。
他補充說，他的研究小組正在與世界領(lǐng)先的SiC模塊制造商保持密切聯(lián)系，這兩家公司分別位于美國和德國。
“有了它們，產(chǎn)品的快速開發(fā)將朝著更高的電流、電壓和效果發(fā)展。每兩三年就會推出一個新版本，它可以承受更多的電流。這些類型的組件是重要的推動者，在電動汽車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，因此不僅用于感應(yīng)充電。”
最近的另一個技術(shù)飛躍涉及線圈中的銅線，它們分別發(fā)送和接收振蕩磁場，從而形成穿過氣隙的能量流的實際橋接。在這里，目標是使用盡可能高的頻率。
Yujing Liu說：“如果用普通銅線繞成線圈，它就無法工作，在高頻下會導(dǎo)致非常大的損耗。”
取而代之的是，線圈現(xiàn)在由編織的“銅繩”組成，由多達10000根銅纖維組成，每根只有70到100微米厚，就像一縷頭發(fā)。
這種適用于高電流和高頻率的所謂編織線也是在最近幾年才商業(yè)化的。
Yujing Liu強調(diào)的第三個例子是一種新型電容器，用于增加無功功率，這是線圈能夠建立足夠強大磁場的先決條件。
他強調(diào)，電動汽車充電包括直流電和交流電之間以及不同電壓水平之間的幾個轉(zhuǎn)換步驟。
他解釋道：“所以，當我們說我們已經(jīng)實現(xiàn)了從充電站的直流電到電池98%的效率時，如果你不仔細定義測量值，這個數(shù)字可能沒有多大意義。”
“但你也可以這樣說：無論你使用普通的導(dǎo)電充電還是借助感應(yīng)充電，都會發(fā)生損耗。我們現(xiàn)在所達到的效率意味著感應(yīng)充電的損耗幾乎可以和導(dǎo)電充電系統(tǒng)一樣低。差異如此之小，在實踐中可以忽略不計，大約只有1%或2%。”
數(shù)字吸引眼球
他補充說，他的研究小組發(fā)表的研究結(jié)果引起了很多關(guān)注。
“就這一功率級別的效率而言，我們可能是世界上最好的，在150到500千瓦之間。”
但他并不認為感應(yīng)充電最終會取代電纜充電。
我自己開電動汽車，看不出我將來會對感應(yīng)充電有任何用處。我開車回家，插上電源……沒問題。”
無線充電是一種比普通充電更可持續(xù)的技術(shù)嗎？
Yujing說：“人們可能不應(yīng)該聲稱這項技術(shù)本身更具可持續(xù)性。但它可以使大型車輛更容易實現(xiàn)電動化，從而加快逐步淘汰柴油動力渡輪等。”
關(guān)于感應(yīng)充電的事實
使用感應(yīng)充電意味著電流可以在短距離內(nèi)傳輸，例如通過空氣、水和其他非金屬材料，而無需任何接觸或?qū)w。
其原理與許多廚房中使用的電磁爐相同。通過線圈的高頻交流電產(chǎn)生振蕩磁場。
但與烹飪不同的是，在烹飪中，熱量的產(chǎn)生是關(guān)鍵，感應(yīng)充電意味著車上的第二個線圈捕獲磁場中的能量，并將其再次轉(zhuǎn)換為交流電，經(jīng)過整流后，可以為電池充電。
過程中產(chǎn)生的熱量意味著要轉(zhuǎn)移的部分能量會損失。因此，盡可能減少加熱是技術(shù)開發(fā)的一個重要目標。
