汽车无线充电,这东西到底靠不靠谱?

物联网传媒 2022-11-30 15:36

本文来源:与非网


2022年8月底,媒体爆出比亚迪与华为将联手制造无线充电新车“星际”,有望成为第一个“无线充电的”新能源汽车。内部人士爆料说,该车定位高端越野SUV,定价估计在80-150万之间,如果研发顺利,最快将在2023年上半年问世。分析表明,这款车还是需要基础设施的配合,也就是以下要讲的技术和应用现状。


根据IDTechEx最新报告《电动汽车无线充电市场2023-2033年技术、参与者和预测》预测,涵盖无线电源传输、静态和动态无线充电、低功率和高功率电平、地面组件(GA)和车辆组件(VA)的全球电动汽车无线充电市场,到2033年将达到64亿美元。


要说电动汽车无线充电,先来看看当初被捧上天的手机无线充电,为什么很少看到有人用呢?原因主要有三:一是无线充电器价格太贵;二是无线充电不如有线充电快;三是无线充电应用场景受限,不能随意移动。


事实上,为了解决电动汽车充电的一些问题,不少厂商,包括车企已经开发一些解决方案,并已进入试验阶段。我们来看看这个市场发展到了什么地步?


无线充解决“充电焦虑”?


图源 | Ars Technica


插电式电动汽车充电的局限性可能为无线充电器创造机会:


从“充电焦虑”转变为“充电时间损失”:充电期间的停机时间通常与运营收入直接相关;

最终用户体验有待改善:包括处理笨重的电缆、肮脏的连接器、错误的接口;

有限的可扩展性:插头充电不容易随着预计的全球电动汽车采用率而扩展,也不适合自主电动汽车;

视觉污染:充电站电缆裸露,城市景观将不得不拥挤不堪。


电动汽车的主要成本就是电池,沃尔沃投资的无线充电公司Momentum Dynamics的商业总监John Holland说:“无线充电是经常性给车辆充电,这样我们可以保持45%到75%的充电状态(SOC),因此电池的使用方法要温和得多。根据我们的研究和一些学术研究,有证据表明,与深循环充电方法相比,它可以使电池的预期寿命延长4.5倍。”


电池缩小的确可以节约成本,延长续航里程。IDTechEx研究发现,将电池缩小138 kWh(约为原始重量的一半),可以使每辆公交车的成本节约约55000美元,与上述案例的数据如出一辙。


“机会充电”的另一个好处是,当公交车以较高的电量状态返回时,车场的高峰期充电会降低。另外,研究表明,白天为电动汽车补充电池电量可以避免电池在深度耗尽状态下充电,从而延长电池寿命。众所周知,浅次频繁充电比深次不频繁充电更能延长电池寿命。


锂离子电池在使用过程中会退化。通宵或深循环放电会损坏电池,高C(充电倍率)速率会因产生的温度而使电池性能下降。


使用多个安装的地面充电板进行无线充电,可以采用浅层、频繁的充电方案对电池充电,使电池在运行期间保持在45%-75%的最佳SOC。不过,更多的地面显然需要更多的初始投资。


电动汽车无线充电原理


无线充电的基本原理是电磁感应,特别是谐振感应耦合,即当两组线圈频率相同时,就会发生耦合现象,能够实现高效率的电力传输,现在的手机无线充电也是这个原理。


麻省理工学院(MIT)的研究人员提出的这种方法可以在谐振频率(由线圈的分布电容、电阻和电感决定)相同的线圈之间传输功率。专利的“磁谐振”技术仍然是“感应式”的,因为初级线圈产生的振荡磁场在次级线圈中感应电流,但它利用了谐振线圈之间发生的强耦合,距离可达几十厘米。


当感应充电系统使用谐振感应耦合时,发送器线圈和接收器线圈之间的距离可以更大,在每个感应线圈中添加一个电容器,可以创建具有特定谐振频率的两个谐振电路(LC电路)。在发射线圈中以该谐振频率工作的交流电会产生波动磁场,该磁场在接收线圈中感应电流。通过这种方式,能量传输可以无线完成。


谐振无线充电解决了感应无线充电的主要缺点:需要紧密耦合线圈,用户使用时要精准对齐。由于这些原因,使用磁谐振的充电解决方案将主导无线充电行业。


感应无线充电和谐振无线充电对比


几种基准无线线圈设计


无线电动汽车充电市场现状

发展了十多年之后,2020年,无线充电标准最终确定。随着SAE J2954标准被认可用于消费型电动汽车,为该技术的广泛采用带来了潜力。该标准侧重于相对低功率的充电系统,功率为3.3kW至11kW,最高使用22kW。这是为了给家里或办公室的汽车,或在仓库过夜充电的轻型卡车进行静态充电。


然而,安装无线充电系统给车辆设计增加了额外成本,因为插入式充电头已经是一个先决条件。安装嵌入道路的无线充电板也会带来额外成本,包括与电网的连接。行业分析认为,发展将继续分为两部分:一是关注低成本、低功率(低于22kW)充电器,以方便消费者使用;二是关注更强大的设备,以提供“机会充电”。专用道路动态充电将用于特定应用,穿梭车是一个早期机会。


标准的发布是一个非常重要的催化剂,许多车企一直在与其供应商合作,评估、开发和改进无线充电技术。早在2005年比亚迪就申请了非接触感应式充电器专利,现代、一汽和比亚迪等公司已经开始为部分车型安装无线充电硬件。


现代未来旗舰电动车型Ioniq 7将基于现代和起亚共同开发的e-GMP模块化平台打造,其电气系统将提供800V快充电压,充电设备功率高达350kW,还可配备无线充电功能。


一汽从2014年开始研发无线充电技术,开发了3.3kW功能样机、2021年底量产首发6.6kW整车装车,下一步将开发22kW无线充电,计划2024年量产。红旗的下一步目标是打造国际领先、高功率、高安全、高智能无线充电车型。2022年,一汽实现了11kW无线充电投产,2023年将完成22kW无线充电的研发,2025年完成30kW的研发。


主流无线充电器厂商和产品


WiTricity和Momentum Dynamics是参与电动汽车行业无线充电解决方案开发和部署的主要厂商,其线圈拓扑之间的有一些主要差异。


另外,从功率方面看,以下无线充电厂商各有侧重。


从厂商的基准测试来看,无线充电硬件供应商一直在推动以下的趋势。


在TCO成本比较方面,主要考虑两个指标:一是前期成本——设备成本+安装成本;二是运行成本——维护成本+电费。在目前的小批量生产中,无线设备成本很高,维护成本可以忽略不计。如果未来需求量更大,设备成本将下降,但仍然是比较昂贵的选择。


TCO比较显示,无线充电设备的前期成本较高,由于效率损失,能源成本略高;车辆侧增加了额外重量,对行驶里程和能源需求有一定影响。因此,在车辆寿命期内,此类低功率无线充电器的投资回报率不高。不过,制造商称长期看设备价格会下降,有助于提高采用率。


在组件成本方面,平均而言,一个家庭使用的2级充电器价格不到1000美元;在工作或公共场所使用的DCFC价格在3000到5000美元。根据功率容量不同,DCFC价格从25000美元到200000美元不等。


虽然无线充电设备单位地面组件价格略高,但车辆成本也会增加,例如需要二次OBC和车上的额外线圈。据估计,根据功率水平,非车载充电器的成本在300美元至1000美元之间。


额外的设备成本意味着最初将针对高端细分市场。然而,在某些场景和车辆细分市场中,也有可能抵消成本。


无线动态充电技术已在欧洲的特定、有限路段道路基础设施上进行了试验,但没有一个地方将其作为“正常营业”系统来实施。


在北美,国家实验室和学术机构正在研究和探索WPT,美国的几个州已经启动了电动汽车无线充电试点项目,并希望将其应用于实际环境。密歇根州交通部(MDOT)正在利用其中央创新区和最近选定的Electron产品来设计、评估、迭代、测试和实施试点项目,在底特律一英里长的公共道路路段上构建无线充电系统。


在车企方面,改装沃尔沃XC40是动态充电项目之一。在将无线技术集成到车辆平台中。


在行业研发方面,目前已有高达11kW的固定充电设备,提供标准参考设计;更高功率和动态充电产品正在开发中。


写在最后


图源 | SlashGear


IDTechEx预计,无线充电的最大发展目标是提高功率和效率,同时降低总体系统成本。目前,与无线充电相比,插入式系统成本更低,充电速度更快。


电动汽车无线充电对于实现自主性也至关重要。大众和现代展示了停车场安装无线充电垫的概念。自动代客泊车可以让汽车找到最近的停车点,并开始充电,无需任何人工干预。随着2025年后生产量的增加,预计静态无线充电装置的成本也将降低。


以色列初创公司ElectReon正在开发和测试嵌入道路的无线充电,使车辆能够在行驶中充电。该公司声称,这样电池就可以更小,从而降低车辆的总体重量和成本。然而,电气化道路的基础设施非常昂贵,将其扩大到几公里已是挑战,目前只有一小部分道路上的车辆能够受益。然而,随着瑞典、德国、法国和意大利等欧洲国家雄心勃勃地将数千公里的公路电气化,全球各地正在进行示范。


无线充电为无物理接触的电动汽车提供充电解决方案,去掉充电头会带来一定的便利。但是,它的动力和效率是否足以为所有类型的车辆充电?需要哪些附加组件?商业化状态如何?操作安全吗?这些问题都需要给出答案。


如何充电和如何快速充电一直是车企发展电动汽车最棘手的问题。不管怎样,无线电动汽车充电网络是插入式充电解决方案的有益补充,有助于电动汽车的推广。特斯拉、沃尔沃、奥迪、宝马、奔驰等车企都已纷纷开始研发或测试无线充电系统,相信不久的将来,汽车无线充电将逐渐走入我们的生活。


有一点很重要,汽车无线充电将用到大量半导体器件、传感器、大容量电容,特别是大功率半导体器件,也不排除碳化硅和氮化镓。


~END~



今日份需求已上线

1.手持pad

2.NT26E模组

3.更多需求:https://www.iotku.com/Biz/

一键三连,这次一定!

评论 (0)
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦