Chalmers采用碳化硅开发电动汽车无线充电设备
行家说消息 Chalmers 的研究人员开发了一种感应技术，无需人类或机械臂的帮助即可为电池充电。该技术也非常完备，可以很快向工业界展示。一种基于碳化硅的新型半导体。还有一种新开发的铜线，细如人的头发。有几个因素突然使通过空气传输高功率变得更加现实。
Yujing Liu教授展示了500 kW感应充电系统，适用于电动渡轮、卡车和公共汽车的充电。DC（直流）转直流效率可达98%。它每 2 平方米传输 500 kW 的功率，接地垫和板载垫之间的气隙为 15 cm。
充电感应是新事物
几十年来，电动牙刷一直在这样做。近年来，手机和其他便携式电子产品采用了这项技术。但对于电动汽车电池充电所需的高功率，无线选项迄今为止显得过于复杂和低效。
然而，即使在电池汽车的情况下，借助感应充电现在似乎也面临突破——尤其是在需要经常充电且环境要求苛刻的情况下。例如，对于电动城市渡轮。
无需人工或机械臂即可充电
这意味着在哥德堡和斯德哥尔摩等城市的水道上进行定期交通的电动渡轮不需要人或机械臂的帮助来为电池充电。这同样适用于工业、采矿和农业中使用的城市公交车或无人驾驶电动汽车。
查尔姆斯大学电气工程系电力教授 Yujing Liu 特别关注可再生能源转换和交通系统电气化。
“你可以在码头内置一个系统，在乘客上下船的同时，在某些站点为渡轮充电。自动且完全不受天气和风的影响，每天可充电 30 – 40 次。这可能是最明显的应用，”Yujing Liu 说。
“即使对于未来的电动卡车，也可能有潜在的应用。然后动机是这些将必须以如此高的功率充电，以至于充电电缆变得非常粗重，因此难以处理”。
材料开发带来新的可能性
据刘玉静介绍，近年来，一些组件和材料的快速发展为新的可能性开辟了道路。
“一个关键因素是我们现在可以获得基于碳化硅的高功率半导体，即所谓的 SiC 组件。作为电力电子产品，这些才上市几年。与传统的硅基组件相比，它们使我们能够使用更高的电压、更高的温度和更高的开关频率，”他说。
这一点很重要，因为磁场的频率限制了给定尺寸的两个线圈之间可以传输多少功率。
频率高四倍
“以前的车辆无线充电系统使用的频率约为 20 kHz，很像普通的炉灶。它们变得笨重，能量转移效率不高。现在我们使用四倍高的频率工作。然后感应突然变得有吸引力”，刘玉静解释道。
他补充说，他的研究小组与世界领先的 SiC 模块制造商保持着密切联系，这两家公司分别位于美国和德国。
“有了它们，产品的快速开发将朝着更高的电流、电压和效果方向发展。每隔两三年，就会推出新的版本，更能承受。这些类型的组件是重要的“推动者”，具有广泛的应用，例如电动汽车，因此不仅用于感应充电。
最近的另一项技术飞跃涉及线圈中的铜线，它们分别发出和接收振荡磁场，该磁场形成能量流过气隙的实际桥梁。这里的目标是使用尽可能高的频率。
“那么用普通铜线绕成线圈就不行了，在高频下会导致非常大的损耗”，刘玉静说。
相反，线圈现在由编织的“铜绳”组成，由多达 10,000 根铜纤维组成，每根铜纤维的厚度仅为 70 至 100 微米。很像一缕头发。
这种适用于高电流和高频率的所谓利兹线编织物也仅在最近几年才上市销售。
Yujing Liu 强调的第三个例子是一种新型电容器，用于增加无功功率，这是线圈能够建立足够强大磁场的先决条件。
Yujing Liu强调，电动汽车充电包含几个转换步骤——直流电和交流电之间以及不同电压等级之间。
“因此，当我们说我们已经实现了从充电站的直流电到电池的 98% 的效率时，如果你不仔细定义测量的内容，这个数字可能没有多大意义，”他解释道。
“但你也可以这样说：无论你使用普通的传导充电还是借助感应充电，都会有损失。我们现在实现的效率意味着感应充电的损耗几乎可以与传导充电系统一样低。差异是如此之小，以至于在实践中可以忽略不计，大约是百分之一或百分之二”。
数字吸引注意力
他补充说，他的研究小组发表的结果引起了很多关注。
“在 150 至 500 kW 的功率等级中，就效率而言，我们可能是世界上最好的”。
玉静并不认为感应充电最终会取代有线充电。
“我自己开电动汽车，我认为未来感应充电不会有任何用处。我开车回家，插上电源……没问题”。
无线充电是否比通常的充电方式更具可持续性？
- 人们可能不应该声称该技术本身更具可持续性。但它可以让大型车辆更容易电气化，从而加快逐步淘汰柴油动力渡轮等。
