橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用這些線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，為電動(dòng)汽車進(jìn)行無線充電。 照片來源：Genevieve Martin/ORNL/DoE
這些由ORNL設(shè)計(jì)的無線線圈和電力電子設(shè)備可以以97%的效率安全地通過空氣傳輸大量電能。 照片來源：Genevieve Martin/ORNL/DoE
Ozpineci說，他們這可輸出120千瓦功率、效率為97%的無線充電技術(shù)所涉及的美國田納西州橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的科學(xué)家們開發(fā)出了一種無線充電技術(shù)。他們說，這種技術(shù)可以在一小時(shí)內(nèi)為一輛普通的電動(dòng)汽車充滿電。與他們?cè)?016年宣布的類似無線充電系統(tǒng)相比，這是六倍的功率提升。他們報(bào)告說，目前正在對(duì)這種無插電動(dòng)汽車充電技術(shù)做改進(jìn)，以適用于運(yùn)貨卡車等商業(yè)應(yīng)用。
橡樹嶺電力電子和電力機(jī)械集團(tuán)的負(fù)責(zé)人Burak Ozpineci說，這個(gè)團(tuán)隊(duì)還沒有完成。他說，他們正在朝著美國能源部設(shè)定的更大目標(biāo)——即建立一系列快速、安全、簡單的電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)——努力。按美國能源部2016年發(fā)布的指令的說法，這將“加速美國電動(dòng)汽車的普及”。
他們的想法是將現(xiàn)有系統(tǒng)的功率吞吐量提高三倍，使電量耗光的電動(dòng)汽車電池的總充電時(shí)間降至15分鐘以下。且要給電動(dòng)汽車充電，除了將電動(dòng)汽車開到嵌入混凝土中的無線充電板上之外，無需將任何東西插入汽車或再做其他任何事情。
Ozpineci說，能源部的指令沒有說明這些系統(tǒng)應(yīng)該是有線的還是無線的。但他補(bǔ)充道，“我們的專長是在無線方面。所以我們說，我們將做無線部分。”
目前藝術(shù)家們用概念畫所描畫的電動(dòng)汽車充電泵類似于汽車加油站，不過其釋放的是電子而不是石油。而電動(dòng)汽車無線充電裝置代表的可能不僅僅是一種新的汽車燃料來源。就像20到30年前的無線互聯(lián)網(wǎng)革命一樣，電動(dòng)汽車的無線電源可能不僅僅改變汽車的電力來源。一些未來學(xué)家認(rèn)為無線電源正在“智慧城市”的興起和加油站的消亡中扮演重要角色。
兩個(gè)關(guān)鍵要素是他們所用的材料以及傳輸和接收電力的線圈。在今年9月份的IEEE能量轉(zhuǎn)換博覽會(huì)（ IEEE’s Energy Conversion Congress and Exposition ）上，他們介紹了這項(xiàng)技術(shù)的詳細(xì)信息。他們的這篇文章很快將在IEEEXplore數(shù)據(jù)庫上發(fā)布。
將無線電力從地面單元發(fā)射到電動(dòng)汽車中的電力接收單元（兩者之間隔著寬約6英寸的氣隙），意味著快速震蕩地面線圈中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，并在電動(dòng)汽車中的接收線圈中引起類似行為。Ozpineci說，實(shí)際上，這意味著通過約每秒22,000個(gè)周期（即22千赫茲）的振蕩電流來輸出120千瓦的功率。
他說：“問題是通常我們都有硅器件，而當(dāng)我們達(dá)到更高的功率水平時(shí)，你無法在更高的開關(guān)頻率下運(yùn)行它們。在10千瓦時(shí)，你可以切換到20千赫茲。但是當(dāng)你達(dá)到100千瓦甚至更高時(shí)，你必須降低開關(guān)頻率——因?yàn)樯釂栴}、設(shè)備響應(yīng)問題及很多事情。”
該線圈通過大約22千赫茲的振蕩電流來輸出120千瓦的功率。 照片來源： Genevieve Martin/ORNL/DoE
但是，以高效率傳輸更高的功率需要更高的開關(guān)頻率。因此，這實(shí)際上意味著既要把硅換成更堅(jiān)固（也更昂貴）的碳化硅，又要強(qiáng)化電力交換的發(fā)送端和接收端上的線圈。
Ozpineci說，特斯拉的Model3也使用碳化硅電子產(chǎn)品。因此，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)對(duì)材料的依賴在電動(dòng)汽車系統(tǒng)中并非前所未有。另一方面，他們承認(rèn)他們的100磅（45千克）線圈需要進(jìn)行一些改進(jìn)和優(yōu)化，才能將其推向商業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)計(jì)階段。
然后，他們必須進(jìn)一步創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使功率提高三倍才能達(dá)到能源部350至400千瓦的目標(biāo)。Ozpineci說，這項(xiàng)工作正在進(jìn)行中，但他懷疑在任何350千瓦或更多的無線增壓器中都必須有多個(gè)電源模塊。
管理ORNL開發(fā)的新無線充電系統(tǒng)的構(gòu)成組件之間電流的電力電子設(shè)備。 照片來源：Genevieve Martin/ORNL/DoE
“我們能夠使用單一電源模塊，”他談到目前120千瓦的機(jī)組時(shí)說，“我們正處于或接近這些電源模塊的極限。若要做超越極限的事情，我們要么需要把這些模塊并聯(lián)，要么需要把兩個(gè)逆變器并聯(lián)。當(dāng)你這樣做的時(shí)候，你會(huì)因要同步運(yùn)行這些東西而遇到更多挑戰(zhàn)。”
Ozpineci說，他的團(tuán)隊(duì)還在進(jìn)行所謂的電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)的可行性研究。動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)可使用安裝在道路下的無線充電墊自動(dòng)為行駛中的電動(dòng)車輛充電。
他說：“世界上許多團(tuán)體都在關(guān)注它，但大多數(shù)人都在考慮降低功率。比如20千瓦。但我們不將自己局限在20千瓦。我們需要100千瓦嗎？需要120千瓦嗎？需要更高的功率嗎？無論我們得出什么結(jié)果，美國能源部都可能為示范項(xiàng)目提供資金。”
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