科技观察！汽车无线供电技术悄然起飞

无线供电技术在智能手机等便携式终端领域实现商用后，很快就会在汽车领域实用化。

国际标准的讨论也即将结束，方向将于明年5月至6月最终确定。

届时，商用车具备静态无线充电（定点充电）能力的环境已具备。

无线充电技术的由来、标准化及车企实践 今年11月，电动汽车无线充电向实用化迈出了一大步。

汽车工程师协会（SAE）宣布就使用85kHz频段（81.38k~90.00kHz）用于电动汽车无线供电达成协议（图1）。

在此之前，关于无线供电频段的争论一直处于僵局，成为阻碍实用化进程的障碍。

图1：汽车工程师协会（SAE）宣布采用85kHz频段（81.38k ~ 90.00kHz）用于电动汽车无线供电。

约定的85kHz频段是日本汽车公司和美国高通公司倡导的频段。

SAE制定的无线供电标准“SAE J”计划包括最大输出功率为3.7kW（一般家庭）、7.7kW（公共）、22kW（快充）、kW（大型车辆）四个标准。

图2：日产2019年亮相的电动轿车“LE Con??cept”“将在2年内投入实用”——日产在2018年4月的纽约车展上宣布，将在即将推出的电动汽车上采用无线供电技术2年内。

计划以“英菲尼迪”品牌推出的纯电动（EV）轿车“LE Con??cept”在全球首次公开展示（图2）。

这将成为全球首款标配电磁感应无线供电系统的量产汽车。

日产今年宣布，将与其合作伙伴法国雷诺联手，在本财年之前总共销售 10,000 辆电动汽车。

然而，截至今年3月底，日产电动汽车累计销量为11万辆，雷诺为4万辆，合计销量仅为15万辆。

由于电动汽车销量远低于计划，该公司推迟了英菲尼迪品牌新电动汽车的推出以及无线电力系统的实际实施。

但私下里，发展并没有停止。

EV“LEAF”等车型已完成试制。

图3：EV“LEAF”等车型已完成试制。

日产已向新闻媒体公开展示了“HYPER mini”和“LEAF”的无线供电系统实验。

为展示车辆设想的系统的最大输出功率为 3.3kW。

在V电压下充满电需要8小时。

接地线圈设置在车主自己的停车场，而不是公共场所。

为了防止地面线圈与车辆线圈错位，车辆配备了基于环视监视器的自动停车系统。

只要在导航系统中预留停车库位置，进入车库后自动停车系统就会自动启动。

日产并不是唯一一家加强无线供电的公司。

为了实现电动汽车无线供电的实用化，丰田今年2月开始在爱知县丰田市进行验证实验。

该公司基于插电式混合动力汽车（PHEV）“普锐斯PHV”开发了搭载磁共振无线供电系统的汽车。

无线供电系统的输出功率为2kW。

使用的频段是国际标准已基本达成共识的85kHz频段。

电力传输效率约为80%。

图4：配备无线供电功能的丰田“普锐斯PHV” 丰田表示，“在验证实验中，供电线圈（设置在地面）与受电线圈（设置在底部）之间的距离（线圈间距）车辆的横向错位最大允许范围为一个轮胎的宽度（约20厘米），在前后方向的车载导航系统的辅助下，基本不会出现错位。

”本田集成自动停车 本田也在开发这一点。

该公司于2016年6月16日推出了配备无线供电系统的“Fit EV”实验车。

该车是埼玉县埼玉市正在实施的智能住宅（新一代节能住宅）项目的一部分。

将于2018年实现实际实施。

Fit EV配备集成自动停车系统。

通过采用基于自动驾驶的精准停车系统，“车辆可以自动停车在供电线圈上方，精度为纵向±5cm、横向±10cm”（本田）。

电力传输效率可维持在80%至90%。

电子行业处于发展竞争之中。

不仅仅是开发电动汽车 (EV) 和插电式混合动力汽车的汽车制造商正在致力于开发无线供电系统（图 5）。

除了汽车行业的众多企业外，电子企业也参与了相关的开发竞争。

图5：奥迪开发的电动汽车无线供电系统。

在电子公司中，美国的高通技术公司（Qualcomm Technologies）尤其致力于无线供电系统的研发。

该公司去年11月宣布收购新西兰奥克兰大学无线充电技术相关资产，该大学拥有多项电磁感应无线充电技术专利。

高通基于通过收购获得的技术，开发了用于电动汽车的无线供电系统“Qualcomm Halo”。

近期，该公司与Mercedes-AMG Petronas F1 Team展开联合研发。

图6：高通公司开发的无线供电系统，支持3.3k至20kW的功率范围。

高通无线供电系统的特点之一就是支持多种电源。

受电线圈有3.3kW、6.6kW、20kW产品，送电线圈支持最高20kW的满功率（图6）。

如果只是晚上用8小时在家慢充的话，3.3kW就够了。

如果想要外出充电，可以选择支持20kW的无线供电系统。

长期以来困扰的技术难题，即送电圈与受电圈的错位问题，可以通过结合自动停车技术来解决。

除了上一篇介绍的本田之外，电装也开发了结合自动停车和无线供电功能的系统。

该公司在今年10月举行的“第20届世界智能交通大会”上做了相关演示。

在本次会议上，电装将能够自动停车和自动充电的系统命名为“Smart Charge”，并提出了相关解决方案。

进行了演示，让停车场内的车辆按照控制中心的指令自动行驶，并在指定的时间自动移动到指定的地点（图7）。

自动驾驶时，它使用监控前后左右的四个摄像头、检测前方物体的激光雷达、提高位置精度的准天顶卫星定位技术以及内置地图数据。

图 7：Denso 展示“智能充电”，这是一个可实现自动停车和自动充电的系统。

在自动泊车方面，德国罗伯特·博世正在推动实用化进程。

使用该公司开发的系统时，车辆进入停车场后，驾驶员可以下车并使用智能手机或其他设备发送“启动自动停车”指令。

出于安全考虑，可以在现场与驾驶员一起使用。

在掌握周围情况时，主要采用欧洲广泛使用的超声波传感器（声纳）。

此外，在解决不对中问题时，研究送电线圈和受电线圈的结构也是一种有效的方法。

无线供电线圈的形状大致可分为圆形和方形两类。

历史悠久的圆形产品在成本等方面都具有优势。

方形产品的优点是对水平不对中的公差较大。

行驶中为车辆充电利用无线供电技术在车辆停车时为车辆充电（定点充电）的功能即将实现。

推出首款产品的技术开发可能正在进行中，但这并不意味着一切就此结束。

这是因为，电动汽车及其无线充电系统要进入普及期，必须进一步提高电力传输效率并降低成本（图8）。

图 8：大众电动汽车“e-up!”前盖下方发动机舱设有普通充电口。

为了插入充电线，必须先从后备箱中取出，然后打开前盖，使用起来稍稍不太方便。

日本经济产业省负责人表示：“如果要普及电动汽车（EV）和插电式混合动力汽车（PHEV），就必须扩大充电基础设施。

对此，无线电源技术被寄予厚望。

”在汽车无线充电方面，还有一个市场预计未来将出现显着增长。

这是一个为移动车辆充电（移动充电）的系统。

边行驶边充电可以减少电动汽车配备的二次电池的容量，降低车辆成本，延长行驶距离。

“年后的汽车很可能不再依赖‘发动机’、‘电池’和‘快充’，而是依赖‘电机’、‘电容’和‘无线’技术来驱动。

行驶过程中的无线充电系统需要”新技术”——东京大学新领域科学技术研究生院教授、日本汽车技术协会技术主任堀阳一指出，开发驾驶时无线充电系统新技术的重要性。

至于汽车无线充电系统的实际落地，不少日本研究人员在描述前景时表示：“现在还为时过早。

我们将在2019年东京奥运会期间开始推广该技术，力争前后实现普及。

”换言之，日本产业很可能基于所开发的技术在市场上确立主导地位。

但现在有日本汽车技术协会无线供电系统技术部委员会主任横井幸雄警告说：“日本起步晚，只看别人的威胁并不是好事。

”韩国政府研究机构韩国科学技术院 (KAIST) 表示，KAIST 正在“开发 1MW 级的道路充电技术，目标是在未来五年内开发出来”。

图 9：韩国科学技术院于今年 2 月推出的第一代 OLEV 高尔夫球车早在 6 年前就开始开发“OLEV：在线电动汽车”，这是一种可以边行驶边充电的系统。

同年，在韩国科学技术院工厂进行了高尔夫球车的实际驾驶测试，随后于同年 6 月进行了大型巴士的实际驾驶测试，并于同年 7 月进行了 SUV（多用途运动车）的实际驾驶测试（图9）同年12月，生产了4辆大型巴士并开始在该研究所内运营。

此外，韩国科学技术院还于今年3月在首尔大公园的行驶路线上启动了公园内的移动列车型电动汽车运营项目。

连接三辆车拉动总重19吨的“火车”，配备最大输出功率为24.8kWh的锂聚合物二次电池，最高时速为40km/h。

用于供电的线圈铺设在道路下方，在全长2.2km内设置了约m的供电断面，可以“将二次电池的安装量减少到平时的20%左右”（韩国科学技术院）。

韩国科学技术院仍在推进发展。

在2019年3月20日的研讨会上，KASIT核能与量子工程教授Chun T. Rim自信地说：“目前正在开发第五代OLEV，输出功率达到kW。

即使输电轨道（线圈）配置在道路内，即使距离车辆受电圈20cm，也能实现80%以上的电力传输效率。