無線電能傳輸又稱無線電力傳輸，非接觸電能傳輸?shù)龋侵竿ㄟ^發(fā)射器將電能轉換為其他形式的中繼能量（如電磁場、電磁波、激光、微波及機械波等），中繼能量隔空傳輸一段距離后，再通過接收器轉換為電能，從而實現(xiàn)電能無線傳輸?shù)倪^程。

 

近年來，人們對更加便捷靈活的充電方式的需求愈加迫切，無線電能傳輸?shù)难芯恳膊粩嗌钊?，解決了包括小到電動牙刷、智能手機、家居電器，大到電動汽車等移動設備電源的便捷性供電和充電問題。但目前，創(chuàng)建一個不受操作條件變化影響的無線能量傳輸系統(tǒng)很不容易，特別是當用電負載和發(fā)射結構在無線供充電過程中發(fā)生相對位移時，要同時保持電力傳輸功率和效率的穩(wěn)定，一直以來都是科學界的一大難題。

 

美學者研發(fā)新型無線電能傳輸系統(tǒng)

 

今年6月14日，國際學術權威刊物自然出版集團旗下《自然》雜志發(fā)表了美國斯坦福大學電氣工程系金茲頓實驗室的一篇學術論文，論文介紹了華裔科學家范汕洄及其研究團隊利用量子力學中的“非線性等時對稱（PT對稱）原理”，并利用反饋調諧電路方法，研制了一種無線電能傳輸系統(tǒng)。實驗中，該系統(tǒng)在無需電力線纜連接的情況下可成功點亮圓盤上的LED燈，并且在一米距離內移動圓盤過程中，LED亮度維持不變。該論文引起了工業(yè)界、學術界對無線電能傳輸技術的新一輪關注熱潮。

 

現(xiàn)有典型原理的無線電能傳輸系統(tǒng)，其傳輸效率通常隨傳輸距離的變化而變化，而斯坦福大學制成的系統(tǒng)可以在約一米的距離變化范圍內，保持傳輸效率幾乎不變，這一研究開拓了無線電能傳輸技術研發(fā)和應用的新思路。在相應的新聞與評論文章中，法國科學研究中心、巴黎高等物理化工學院科學家杰弗洛伊˙蘿實表示，這項最新發(fā)現(xiàn)有望用于為傳輸距離和方向持續(xù)發(fā)生變化的移動裝置或車輛在線供電或充電。

 

移動無線充電有望應用于電動汽車

 

2007年，麻省理工學院研究人員曾演示了采用磁共振耦合原理為在2米以外的燈泡供電，無線電能傳輸因此被美國《技術評論》雜志評選為未來將給人類生產(chǎn)和生活方式帶來巨大變革的十大科研方向之一。麻省理工學院的這一成果為實現(xiàn)電動汽車在道路上無線充電提供了新的思路，具體做法是將供電線圈埋在道路中，在電動車經(jīng)過時完成充電。移動式無線充電為解決插電式電動汽車續(xù)航里程受限問題提供了新思路。目前市場上常見的電動汽車一次完整充電的行駛里程大約在200公里左右，但電動汽車電池的完全充電通常需要幾個小時才能完成。如果電動汽車能夠在高速公路行駛過程中充電，就能消除人們對于續(xù)駛里程的擔憂乃至焦慮，并有助于減小動力電池組容量，降低營運成本，同時還可以充分利用道路資源，緩解城市特別是特大城市中心區(qū)域充電難的問題。

 

范汕洄在一段配合該論文的視頻中解釋道：“理論上,人們可以無時限地開車，只要不停止充電。”但目前該團隊實驗階段的無線充電技術傳輸功率只有毫瓦級，遠遠達不到電動汽車的供電標準。范汕洄帶領的團隊目前正在研究可以大大增加傳輸距離、傳輸效率和傳輸功率的方法。未來通過繼續(xù)優(yōu)化無線充電系統(tǒng)的設計，這種供電方式將具有廣泛的應用前景。

 

移動式無線充電技術目前還不成熟

 

目前，國內外無線充電工程應用主要面向軌道交通列車和固定線路的公交巴士。在已有電動汽車無線充電工程案例中，靜止式無線充電示范工程技術比較成熟。國外具有代表性的是龐巴迪Primove200千瓦無線快充技術，采用磁感應充電技術，結合機械輔助機構進行線圈位置的升降調節(jié)。國內的中興公司已可以實現(xiàn)60千瓦的公交無線充電，而且正朝著100千瓦及以上級別邁進。

 

相比而言，目前移動式無線充電技術還不成熟，少數(shù)移動式無線充電工程應用只是短距離的試點線路，基本上是原理和功能性驗證，缺乏對工程實用化關鍵技術方面的考慮，且目前還沒有針對小型乘用車的無線充電工程應用案例。現(xiàn)有的試驗路段中，比較典型的是韓國科學技術研究院的示范工程。據(jù)報道，該工程的道路總長度達到12公里，其中無線充電路段覆蓋的長度為5%至15%（約為1公里左右），充電功率為100千瓦。該工程在規(guī)劃、設計、施工、驗收、運行控制等方面的內容均未見報道。

 

我國電動汽車移動無線充電技術研究情況

 

在電動汽車移動式無線充電技術方面，我國相對于國外起步較晚，但經(jīng)過近幾年來的快速發(fā)展，已逐漸縮小了與國外的差距。廣西電科院于2012年開始研究無線充電，于2016年5月建成了一條33米的電動汽車移動式無線充電實驗路段。該路段可以實現(xiàn)一輛移動中的模型電動車輛無線充電。其采用的線圈結構原理與韓國科學技術研究院開發(fā)的第一代系統(tǒng)類似，供電端采用長直導軌結構。同時，這種設計方案的側向抗偏移能力相對較差。經(jīng)實地調研分析，該路段只是移動式無線充電原理性的展示，也未考慮工程化、實用化相關的規(guī)劃設計、計量計費、運行監(jiān)控、檢修維護等問題，也未見公開報道的效率及電磁安全性方面的指標數(shù)據(jù)。

 

2016年1月，中國電科院牽頭承擔了國家電網(wǎng)公司科技項目“電動汽車路段移動式無線充電關鍵技術研究及設備研制”，從系統(tǒng)設計與仿真分析、磁傳輸部件設計與實現(xiàn)、大功率高頻電源、電磁安全防護、狀態(tài)監(jiān)測和控制以及道路結構和施工技術等幾個方面展開研究，并通過建設一條百米級的電動汽車無線充電試驗路段來對移動式無線充電技術進行詳細深入的測試評估，從而為后續(xù)公里級及以上規(guī)模的電動汽車無線充電示范工程提供基礎數(shù)據(jù)支撐。目前，該項目已經(jīng)完成了電動汽車移動式無線充電關鍵技術研究及設備研制，正在開展150米長的實驗路段的施工和設備安裝調試，預計2017年8月底投入試運行。該項目的研究成果有望指導后續(xù)公里級及以上電動汽車無線充電示范工程的規(guī)劃、設計、建設和運行。