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魏学哲:电动汽车的无线充电技术与应用

魏学哲:电动汽车的无线充电技术与应用

2017-11-17 作者:木铭 来源:广西快三

  2017年11月16日,“2017’第二届动力电池应用国际峰会暨第三届中国电池行业智能制造研讨会”在北京启幕。本届峰会由中国化学与物理电源行业协会等主办,天津力神电池股份有限公司联合主办;中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会承办,无锡先导智能装备股份有限公司联合承办。参加此次峰会人数超600人。

  11月16日下午,以“束缚与发展:重新定义整车与电池”为主题的电动汽车市场分论坛,由中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会高级顾问、国家科技成果转化基金新能源汽车创业投资子基金合伙人兼总裁方建华主持。

  同济大学汽车学院副院长魏学哲做了以“电动汽车的无线充电技术与应用”为主题的演讲。演讲实录如下:

  魏学哲:去年我也参加过一次,我讲的是第三代电池管理系统,我今天报告内容是讲“电动汽车的无线充电技术与应用”。实际上思考这个论坛主题——“突破、束缚和发展”,我们要考虑汽车和能源之间的关系。传统的汽车和加油,大家知道这个模式非常简单,后面充电的事情显然要比加油这个事情整个模式就会发生改变,一个加油站可以服务几百辆、上千辆车,服务来讲很难指望复制燃油的模式。过去电池我们是这样一种应用,这是我去年用的一个图,是讲电池管理的这样一个发展的过程,现在的情况是几十万辆甚至百万辆级别的车大规模关注性能和方便性。

  电池大家知道,现在充电有三种方式:第一种是换电的方式,第二种是用导线来充的方式,导线来充分两种,一个是快充,一个是慢充,不管是哪一种方式,特别是慢充的方式,从过去专业人员加油这种方式,变成了每一个人操作的一件事情。我也调研过一些人,像我们的学生工科生自己来充个电,实际上觉得很轻松的事情,也不觉得困难,但是女生或者是其他的充电,是不是危险,会不会把我手弄脏等等,会带来很多的顾虑。所以提高充电的用户体验实际上变成了一个非常现实的问题,无线充电这个事情实际上就应运而生。

  无线充电这个事情总的来讲也不是很新的一个话题,最早从1889年特斯拉线圈,特斯拉提出这样一个概念,到后面一整套的过程。

  近几年引爆这件事情就是2007年MIT搞了一个共振式强磁耦合,隔了几米远点了60瓦的灯泡,觉得很神奇,后来在国内很多学校和企业也开始做这件事情。

  总的来讲,这张图上半部分是车厂的,下半部分是地面厂的,比如在中国220V的市电,经过一系列的电力电子的变换,后面有一个发射线圈,车上有一个接收线圈,再到后来,回到电池里面去,这样一个过程。

  现在有一些国家的标准已经建立起来了,比如说当然比较简单的几个标准,前面陈老师也说了,大家最关心的一件事情就是安全不安全,有的人就说会不会是一个微波炉,会不会把我给烤熟了,这个大概不会,因为从定的标准来讲,国际标准基本上80K赫兹,微博的波长80K赫兹大家算一下,如果按照电磁波是30×10米/秒,80K是3千多米的波长,我们充电如果20公分的距离,是一个近场问题,近场实际上是一个磁场,不是电厂,人们对磁场的耐受率相当强,至少现在没有证据证明这样的磁场下对人会有多少的影响,我们在实验室也干了一段时间,好像现在还处于正常状态。

  讲电路,刚才讲考虑两个方面,一个是车上,一个是地上的,拓补结构我们大致分四种,一个是我们SS,实际上是一个LLC的串联结构,都是串联的这种方式,就是说补偿电感是用,大家知道因为是共振状态,实际上L和C感性和容性要抵消掉,如果是电容并联就是并联型的,因为由量变,所以可以分成四种,SS、PS、PP、SP等等这样四种方式,这四种方式各种优缺点不一样。目前来讲,从我们做的话主要是双LCC的谐振拓补结构,一个是没有相位滞后的问题、没有功率因素的问题。

  我把串并不同的拓补结构做的一个比较,就是各有各的优点,对于我们选的这种双LCC这样一个结构,其实一方面是考虑效率问题,另外一方面是考虑两个线圈对位错(音)的敏感度会有多高的问题,串联我们同样可以做到非常高的效率,但是错开一点点位置效率会快速下降,而这种双LCC的结构对于位错(音)的容忍度会更好一点。

  刚才讲的是电路方面,线圈方面有很多种线圈的结构,左上角实际上是一个新西兰、奥克兰的线圈结构,大家看像一个人趴在那个地方一样,中间是香港大学的一个矩形线圈,一圈套一圈的方案,上面是密西根的方案,还有三线圈的方案,还有用美特材料做的方案。

  这是奥克兰他们做的事情做的比较早,这个事情大概有20多年的时间,他们搞的DDQ线圈的形式,就是两个D型线圈,中间有一个补偿线圈,是一个Q型线圈,是这样一种方式,还有右边的双D型线圈这样的方案。国内包括东南大学的方案,包括天津工业大学的方案,包括重庆大学的方案,还有中科院电工所,在这方面做了很好的工作。

  国外大家都知道,像刚才讲的奥克兰的学者搞了之后,他的学生包括教授出去建了一个公司叫Halo,后来这个公司被高通收购了,高通收购之后对这个技术进一步的商业化。当然也有人想出来,我们不要静态的来做,能不能边跑边充电,也有人做这个事情,现在还处于非常早期的阶段。

  刚才讲的MIT的一帮人出去建了一个公司叫Vitricity,也是老师和学生做一个创业公司来做这个事情,功率等级有3.6、7.7、11千瓦这样一个级别,传输效率能够做到94%以上,从电网到电池,94%的效率就是让大家能够算得出来,我们如果说用导线来做的话,大概是98、99%,大概会丢掉5个百分点,我们如果算成钱,比如一度电6毛钱,倒算过来其实可能会变成6毛几分钱,单单从经济损失来讲,我相信大家都是能够接受的一件事情。从位错(音)来看,前后位错(音)可以位错(音)7.5公分,左右可以有10公分的位错(音)。国内一些企业,包括长城也在做,中兴通讯也在做,中兴通讯当然我们刚才讲的,国内已经有了不少应用,比亚迪、中科院电工所都在做这件事情。这是我们做的东西,这是第一代的线圈,20厘米的间距可以做到90以上的效率,这是第二代的线圈,不管是线圈的优化,还是包括使用的导线都做了一些优化。当然要考虑电磁场的问题,考虑辐射的问题,有很多的包括做TNT,能够让磁力线构成短路。这是目前做的实验抬架,要考虑在SYZ甚至方向位错(音)的时候,比如说错多少效率会降到多少、功率能够降到多少。

  最后谈一下应用,我们刚才说过了,在上海EVCard做分时租赁,这个月我刚刚问过他有17000多辆车,分时租赁每个车位都会有一个充电桩,使用的情况来看经常有人不充电或者有的时候充电枪没拔就会开走,这个损失还是挺多的。实际上他们也希望,他有条件说改成一个无线充电的方式,这是我们现在在考虑的一个面向应用的情况。从位错(音)情况来看,刚才改的矩形线圈,我们现在来看停车的时候也做了很多停车的研究,大家知道前后是很容易调整的,左右不用你调整,所以线圈会是横着来放。另外就是前后我们可以加一些档块,非常容易的控制他的停的误差。从应用来讲,我现在可以讲,我非常确认这个基础可以用在汽车上,至于说成本是多少或者是其他的到底会对人或者趴在上面的猫或者狗造成什么影响,还有很多工作要做。

  (根据发言整理,未经本人审核)

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