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以无线战胜电动汽车的路程焦虑

以无线克服电动汽车的里程焦虑-随着动力传动系统从内燃机(ICE)向电动机发展,汽车行业正在经历史上最大的变化时期之一。虽然现代电动汽车(EV)续航里程方面的技术进展显著,但对于采用的最大障碍之一是消费者担心受困于电池没电,即所谓的“里程焦虑”

跟着动力传动体系从内燃机(ICE)向电动机开展,轿车行业正在阅前史上最大的改变时期之一。尽管现代电动轿车(EV)续航路程方面的技能开展明显,但关于选用的最大妨碍之一是顾客忧虑受困于电池没电,即所谓的“路程焦虑”。

为应对这一应战,大多数尽力都致力于让电池变得更好、车辆更高能效,但其它办法也开端锋芒毕露。其间最有意思的便是为EV无线充电的才能,这使得电池在车辆运转且无需“硬接线“与电源相连接的状况下也能充满电。半导体技能关于成功的电动轿车无线充电(WEVC)起着重要的效果。

选用新技能触及一个改变的进程,不同于那些好像享用“改变”自身的前期选用者,这关于许多干流顾客来说或许很难。鉴于EV处于开展初期,路程焦虑常被认为是其选用速度低于预期的一个原因。即便充满电,除了用于本地通勤之外,一般EV的续航路程都远远小于汽油动力车辆。这意味着在家以外的充电好像会成为一种必要。此外,充电站远没有加油站那样遍及,导致(用户)有或许并忧虑受困。终究,尽管电源办理技能的前进使得充电时刻得以大幅削减,但仍然比传统加油站要长得多。

尽管充电基础设施正在快速扩张,尤其是像大众轿车这样的公司在美国出资20亿美元用于清洁轿车基础设施,这也是其为处理柴油机排放丑闻的尽力之一。但许多公司正在寻觅其他办法,可以更便当地对车辆进行充电。其间一个正在评论和评价中的要害技能是无线充电,特别是终究可以动态地为车辆充电。

尽管许多人视无线充电为新技能,但其实它已有百年前史。早在1894年,在纽约市,Nikolai Tesla为整个实验室的电灯供电,证明了该技能的可行性。但尔后就简直再无开展,直到最近移动设备的增加使这项技能再度锋芒毕露,首要是因为其为用户带来的便当。

无线技能工作原理

原则上,无线充电的工作办法与有线充电十分类似。电源电压转化为直流电(DC)并用于为电池充电。在较高的功率水平下,会运用功率因数校对(PFC)级。大多数根据主电源的充电器运用电流阻隔变压器,这是有线和无线充电器之间的本质区别。

图1: 典型充电器框图

在有线运用中,变压器是一个带有中心的单元,可保证初级发生的(简直)一切通量都能耦合到次级。这保证了高水平功率传输,然后助力构建高能效的充电器。

为了打造无线充电器,变压器被分为初级和次级,初级(发射器)保留在充电器中,次级(接收器)坐落即将充电的设备中。初级和次级之间的间隔将因运用而异,并会对充电器的功能发生严重影响。

经过将中心替换为“空气”,通量传输削减。假如在根据中心的变压器中,耦合系数(k)近似为1,那么在无线运用中,k的值将挨近0.25。实践值将与两个线圈之间的间隔成反比,且假如初级和次级未对准,则实践值也将减小。

但是,经过在初级和次级引进磁共振可改进这种状况。经过运用两个调谐电路,功率以特定的频率传输,且与非谐振办法比较,功率传输的能效可近乎翻倍。

图2: 选用谐振办法的无线功率传输

这种办法的另一长处是具有更好的电磁搅扰(EMI)功能,这对无线充电的大规模推广至关重要。它还答应运用比方零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)等技能,这两种技能关于完结极高能效的功率传输都起着重要效果。

WEVC的当时状况

即便在可预见的将来,插线式的电源仍然是对深度放电电池进行充电的最佳办法,但WEVC的方针是在车辆行进时为电池充电。在车辆运用之时为其充电的才能可助力完结更长的续航路程,或可选用更小的电池,然后经过削减电池/全体车重来进步续航路程。

近年来,许多学术组织和公司都参加了开发原型体系以完结WEVC。一些体系的规划方针是静态WEVC,比方Fraunhofer Institute for Integrated Systems and Device Technology(IISB)开发的体系,该体系将线圈置于接近车辆前部的方位,然后明显减小了线圈尺度。

2017年,Regional Transit Authority of Central Maryland展现了静态充电体系的另一项运用。他们沿路安装了一个静电充电站,让巴士在等候乘客上下车时可以充满电。如此一来,电动公交车现在可以完结(交通)网络内的任何道路。

当然,终究方针是让车辆可以在高速公路快速行进的一起进行充电,而且许多公司在这方面取得了开展。高通公司的动态电动轿车充电(DEVC)体系已展现出可以在60英里/小时左右的高速公路行进速度下供给高达20kW的功率。在其它的重要开展中,日本轿车制造商本田宣布了一篇关于大功率动态充电的论文,描绘了对一个充电功率为180kW(600V直流电、300A电流条件下)的体系进行的测验,其可在高达96英里/小时的行进速度下充电。

尽管每种办法都取得了巨大腾跃,但各种办法的互通性至关重要,为此,美国轿车工程师学会(SAE)最近发布了SAE J2954规范,这是全球首个针对功率水平高达11kW的无线功率传输的标准。

总结

无线充电是战胜EV开展阻力(例如路程焦虑)的要害,并对该技能在全球范围内的选用起着重要效果。前期的推广(如马里兰州的公共轿车体系)起到了效果,但像高通和本田等公司正在测验的动态充电计划终将完结EV的终究方针,即具有逾越汽油动力轿车的无限续航路程和便当性。

这场革新的中心是半导体器材,它们终将供给所需的能效和可靠性,使这些理论性的计划成为大规模出产的实际和成功。安森美半导体是一家在此方面十分活泼的公司,在电源办理和高能效电源转化方面具有广泛的经历。在其产品范围内,安森美半导体供给全面的产品系列,包含高能效IGBTMOSFET等分立式开关器材、MOSFET驱动器、电压和电流办理体系、AC-DC控制器和稳压器、智能功率模块和电池办理产品等。

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