EV 用无线电能传输的各国动向
EV技研
公众号EV技研作者19002019/07/31 电动汽车 IP:北京

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轿车用无线电能传输系统 

 国际标准规范化正在进行

 轿车目前是全球化商品。体现地域性的只有方向 盘左右位置的不同,剩下的全世界基本都相同。所以, 搭载于轿车 EV 的无线电能传输系统也需要世界性标准。现在,在 IEC/ISO 的 PT98510 方面,各国还在持 续商议中。预计 2019 年 6 月左右会决定使用环形线圈, 输出功率 3.5/7kW,85kHz 频带的标准,各汽车公司也 正朝着这个方向发展。 

MIT 的 WiTricity

 公司的动向 MIT 出于将其开发的磁共振无线电能传输技术商 业化的目的,于 2007 年设立了 MIT 风险投资企业——美国 WiTricity 公司。该公司与美国 Delphi 公司和日本 丰田、IHI、TDK 等多家公司进行技术合作,目标为将 磁共振无线电能传输商业化。比如,2016 年 10 月德国戴姆勒(Daimler)公司 发布的 Mercedes-Benz S550e 和概念车 Generation EQ 搭载的无线电能传输系统,德国大众(Volkswagen) 公司发布的图 1所示的 EV 新车体平台前部转向轴下 方标准化设置的无线电能传输系统。

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图1

德国博世公司的动向

 2017 年 7 月,德国博世公司发布了图 2所示的内容,将输出 7kW、频率 85kHz 的车用接收线圈(和大 众公司 EV 新车体平台的相同),搭载到 BMW i3 的 转向轴后方。接收线圈与标准化阶段讨论的 ISO D-PAS  19363:2016 的 Annex C MF-WPT2 非常相似,计划用于2017年末或 2018 年的 Mercedes-Benz S 系列高档车。


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图2

  美国高通公司的动向 

美国高通(Qualcomm Halo)公司,同样使用了被 ISO D-PAS 19363:2016 的 Annex B 和 D 采用的 DD 线 圈(图3),发布的频率为 85kHz,输出功率为 3.3/7kW (大型车及快速充电用的 11/20kW)。 

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图3

美国和德国

 虽与标准规格有所不同,但美国 Evatran 公司与 德国博世 ASS 公司合作在美国以 2699 ~ 2850 美元 的价格面向日产聆风及美国 GM 公司的雪佛兰 Volt 销 售输出功率为 3.3kW,频率为 19.5kHz 的 Plugless L2  System。美 国 特 斯 拉(Tesla)公司 Model S 和德国 BMW i3 则以 3499 美元的低价在网络上销售,博世 ASS 还负责安装。除日本外,各国的无线电能传输系统,汽车制造 商及零部件厂商在标准确定前就开始发布信息,存在感极强。另外,包括其他制造商在内,在车辆的前部 设置接收线圈等,连设置位置都在加强统一。可以认为, 这是为了应对欧美驾驶员多为前进停车的情况。 


公共汽车用无线电能传输

 公共汽车用无线电能传输的标准化 

与乘用车相比,公共汽车是地域性产品。特别是 公共汽车,同一个车站的公共汽车的停车位置因线 路而异,这是比较常见的情况。因此,公共汽车使 用的无线电能传输系统,需要能够通用。在 IEC/ISO 的 PT98510 中,甚至连公共汽车使用 频率的商议都还没有开始。即使如此,世界范围内无 线电能传输公共汽车的实际应用已在进行。

英国的无线电能传输公共汽车

 在欧洲,以英国米尔顿凯恩斯市的公共汽车为例。该市的 7 号线使用的共 8 辆长 9m 的公共汽车,由三井 物产联合英国 Arup 公司升级为装有无线电能传输系统 的电动公共汽车了。从 2014 年 1 月开始,每天 17h, 共计运行 5 年,积累了商业化数据。它使用电磁感应无线电能传输系统(图 4),

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图4

将 德 国 IPT Technology 公司的 30kW 型 IPT(Inductive  Power Transfer,电磁感应电能传输) 4 台并联,将频 率为 20kHz 的 IPT 设置在 2 处车站(每次必须充电) 和 3 处中间停车点(根据电池剩余量临时充电)对公 共汽车充电,让其行驶单程 24km 。充电时使用悬架装 置将车辆侧的接收线圈下降至发射线圈的上方,线圈 间隙为 50mm,如图 5 所示。除此之外,使用 IPT Technology 公司系统的是搭 载了 2 台输出功率为 100kW 的接收模块的双层电动公 共汽车,用于伦敦市的 69 号线,单程 11km。

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图5

 德国、比利时的无线电能传输公共汽车

加拿大的庞巴迪(Bombardier)公司将自己公司 生产的电磁感应式 200kW 型无线电能传输系统搭载到 了自己公司生产的称为 MITRAC e-bus 的 12m 大型电 动公共汽车和 18m 挂接电动公共汽车上,已经在比利 时布鲁日市及德国布伦瑞克市、曼海姆市、柏林市等 开始运用。该系统也与 IPT Technology 公司的一样, 使用悬架装置降下接收线圈。关于该系统,存在以下课题:·高价的悬架装置需按车辆数准备 ·线圈的升降会消耗电池能量 ·线圈的升降时间使充电时间变短 ·机械式悬架装置会耗费保养费用 后文提及的 WEB-3,通过增大线圈的间隙来去除悬架 装置。间隙越小耦合系数越大,泄漏到空中的磁通量 越少,电磁辐射性也越好。

中国的无线电能传输 

中国的大型通信设备公司中兴公司从 2015 年起, 将大间隙 120kW 无线电能传输系统搭载到长 9 ~ 12m 的电动公共汽车上,在路面上充电。充电一次可在郑 州市运行 44km,在襄阳市运行 23km。如图 6 所示,郑州市环线的末班车公共汽车停车 点旁,郑州公共汽车运营公司宽阔的营业所内设置了 10 台设备。图中是 2 台 60kW 地面线圈和充电中的电 动公共汽车。

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图6

路面公共汽车需要


120kW 以上的充电功率 在日本以外的其他国家,柴油公共汽车已经完 全替换成无线电能传输式公共汽车,无线电能传输式 公共汽车的充电功率多在 120kW 以上。也有人做过 60kW 以下的实验,但没有投入使用。60kW 功率导致在终点站充电时间过长,无法实 现像柴油公共汽车一样准时运行。


 日本的公共汽车无线电能传输

 在长野进行的小型公共汽车实证实验

 现在,日本运营中的电动公共汽车在 20 辆以上, 比中国和欧洲的数量少。将无线电能传输系统搭载到 电动公共汽车上实际运用的例子,只有早稻田大学和 昭和飞机工业的相关项目,而且仅停留在约 2 年的实 证实验阶段。实验地点在长野市,到 2014 年为止的 2 年内,使 用长 7m 的 WEB-3 和 WEB-4 型电动公共汽车,进行了日本首次有偿实证运行实验。昭和飞机工业的 30kW 无线电能传输系统 IPS 的线圈间隙加大到了 14cm,如 图 7 所示为埋入地面的线圈。

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图7

 日本总务省下发无线电能传输装置设置许可的半 个月内,项目组用接触式充电做了行驶实验,反复到 车外手持接触式充电装置沉重又坚硬的线缆,连接、 拆除连接器的驾驶员做出了如下评价:雨天或寒冷的 雪天将公共汽车停在地面线圈的上方,只要在车内按 下触摸板就能控制充电开关,非常方便。 

 东京羽田的实证实验

 另一个长期运行事例是,将电池和无线电能传输 系统换成东芝的产品,使用 WEB-3Adv 和长 9m 的电 动 MELPHA,从 2015 年末开始为期一年,在羽田机 场附近进行实证实验。如图 8 所示,在川崎市殿町的 ANA 商务中心停 车场上设置有 2 台 22kW 的地面线圈。

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图8

WEB-3Adv 行 驶的是到东糀谷的 ANA 训练中心的一般道路,约 6km 长;电动 MELPHA 行驶的是到羽田机场第 2 航站楼的 专用车道,约 11km 长,每天往返 3 ~ 4 次,用于接送 ANA 的职员。与同样尺寸的柴油公共汽车相比,WEB-3Adv 能 减 少 42% 的 CO2 排 放, 而 电 动 MELPHA 能减少 60%。但是,充电比较耗费时间,无法按柴油公共汽 车同样的时刻表运行。此外,日本国交省已将 50kW 型 IPS 搭载到 PHV 公共汽车上,用于东京站或东京国际展览中心的运行。 

 在日本的实证实验结果

 上述日本的实验中,都是 50kW 以下的小功率设备,没有达到替换柴油公共汽车的要求。在这个领域, 日本落后于世界。因为具备便于大功率充电环境的场 所较少,法律上的各种限制也是影响因素。CHAdeMO 充电器的 150kW 大功率化预计从 2017 年开始,希望无线电能传输也能尽快具备大功率充电 环境。


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