美国实现120KW 无线充电，电动汽车有救了

橡树岭国家实验室的研究人员利用这些线圈产生磁场，为电动汽车进行无线充电。 照片来源：Genevieve Martin/ORNL/DoE

美国田纳西州橡树岭国家实验室 （ ORNL ） 的科学家们开发出了一种无线充电技术 。 他们说，这种技术可以在一小时内为一辆 普通 的电动汽车充 满 电。 与 他们在2016年宣布的类似无线充电系统 相比，这是 六倍 的功率提升 。他们报告说， 目前正在对这种 无插电动汽车充电技术 做改进，以适用于运货 卡车 等 商业应用。

橡树岭电力电子和电力机械集团的负责人Burak Ozpineci说，这个团队还没有完成。他说，他们正在朝着美国能源部设定的更大目标 —— 即建立 一系列 快速、安全、简单的电动汽车充电系统 —— 努力。按美国能源部2016年 发布的指令的说法 ，这将“加速美国电动汽车的普及”。

他们的想法是将现有系统的 功率吞吐量 提高三倍 ， 使 电量耗光的 电动 汽车 电池的总充电时间降至15分钟以下。 且要给电动汽车充电，除了将电动汽车开到 嵌入混凝土中的无线充电板 上之外， 无需将任何东西插入汽车或 再做 其他任何事情。

Ozpineci说，能源部的 指令 没有说明这些系统应该是有线 的 还是无线 的 。但他补充道，“我们的专长是在无线方面。所以我们说，我们将做无线部分。 ”

目前 艺术家们 用 概念 画所描画的 电动汽车 充电 泵 类似于 汽车加油站 ，不过其释放的是电子而不是石油。而 电动汽车无线充电 装置 代表的 可能 不仅仅是 一种新的 汽车燃料来源。就像20到30年前的无线互联网革命一样，电动汽车的无线电源可能不仅仅改变汽车的 电力来源 。一些未来学家认为无线电源 正 在“智慧城市”的兴起和加油站的消亡中扮演重要角色。

这些由ORNL设计的无线线圈和电力电子设备可以以97%的效率安全地通过空气传输大量电能。 照片来源：Genevieve Martin/ORNL/DoE

Ozpineci说，他 们这可输出120千瓦功率、效率为97%的 无线充电技术 所涉及的 两个关键要素 是 他们 所用的 材料以及传输和接收电力的线圈。在 今年 9 月 份 的 IEEE 能量转换博览会 （ IEEE’s Energy Conversion Congress and Exposition ）上， 他们 介绍了这项技术的 详 细信息 。他们的这篇文章很快将在 IEEE Xplore 数据库 上发布 。

将无线电力从地 面 单元发射到 电动汽车 中的电力接收单元 （ 两者之间隔着宽约6英寸的气隙），意味着 快速震荡地面 线圈中的电场和磁场， 并 在 电动汽车 中的接收线圈中引起类似行为。Ozpineci说，实际上，这意味着通过 约 每秒22,000个周期（即22千赫兹）的振荡电流 来 输出120千瓦 的功率 。

他说 ： “问题是通常我们 都 有硅器件， 而 当我们达到更高的功率水平时，你无法在更高的开关频率下运行它们。 在 10 千瓦 时， 你 可以 切换到 20 千赫兹 。但是当你达到100千瓦甚至更高时，你必须降低开关频率 ——因为 散热问题 、 设备响应 问题及 很多事情。 ”

该线圈通过大约22千赫兹的振荡电流来输出120千瓦的功率。 照片来源： Genevieve Martin/ORNL/DoE

但是 ， 以高效率传输更高 的 功率需要更高的开关频率。因此，这实际上意味着既要把硅换成更坚固 （也 更昂贵 ） 的碳化硅，又要 强化 电力交换的发送端和接收端上的线圈。

Ozpineci说，特斯拉的Model 3也使用碳化硅电子 产品 。因此，橡树岭 国家实验室的 技术对材料的依赖在电动汽车系统中并非前所未有。另一方面，他们承认他们的100磅（45千克）线圈需要进行一些改进和优化 ， 才能 将其推向商业化生产的 设计 阶段 。

然后，他们必须 进一步创新设计，使功率提高三倍 才能达到能源部350至400千瓦的目标。Ozpineci说，这项工作正在进行中，但他怀疑在任何350千瓦或更多的无线增压器中都必须有多个电源模块。

管理ORNL开发的新无线充电系统的构成组件之间电流的电力电子设备。 照片来源：Genevieve Martin/ORNL/DoE

“我们能够使用单一电源模块，”他谈到目前120千瓦的机组时说 ， “我们正处于或 接近 这些电源模块的极限。 若要做超越极限的事情 ，我们要么 需要 把这些模块并联，要么 需要把 两个逆变器并联。当你这样做的时候，你会 因要同步运行这些东西而 遇到更多挑战。 ”

Ozpineci说，他的团队还在进行所谓的电动汽车动态 无线 充电 系统 的可行性研究。动态无线充电系统可使用安装在道路下的无线充电垫自动为行驶中的电动车辆充电。

他说：“世界上许多团体都在关注它，但大多数人都在考虑降低功率。 比如 20千瓦。但我们 不将自己局限在 20  千瓦。我们需要100 千瓦 吗？ 需要120 千瓦 吗？ 需要更高的功率吗？无论我们得出什么结果，美国能源部都可能为 示范项目 提供资金。 ”