無(wú)線電能傳輸又稱(chēng)無(wú)線電力傳輸，非接觸電能傳輸?shù)?，是指通過(guò)發(fā)射器將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的中繼能量（如電磁場(chǎng)、電磁波、激光、微波及機(jī)械波等），中繼能量隔空傳輸一段距離后，再通過(guò)接收器轉(zhuǎn)換為電能，從而實(shí)現(xiàn)電能無(wú)線傳輸?shù)倪^(guò)程。

 

近年來(lái)，人們對(duì)更加便捷靈活的充電方式的需求愈加迫切，無(wú)線電能傳輸?shù)难芯恳膊粩嗌钊耄鉀Q了包括小到電動(dòng)牙刷、智能手機(jī)、家居電器，大到電動(dòng)汽車(chē)等移動(dòng)設(shè)備電源的便捷性供電和充電問(wèn)題。但目前，創(chuàng)建一個(gè)不受操作條件變化影響的無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)很不容易，特別是當(dāng)用電負(fù)載和發(fā)射結(jié)構(gòu)在無(wú)線供充電過(guò)程中發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，要同時(shí)保持電力傳輸功率和效率的穩(wěn)定，一直以來(lái)都是科學(xué)界的一大難題。

 

美學(xué)者研發(fā)新型無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)

 

今年6月14日，國(guó)際學(xué)術(shù)權(quán)威刊物自然出版集團(tuán)旗下《自然》雜志發(fā)表了美國(guó)斯坦福大學(xué)電氣工程系金茲頓實(shí)驗(yàn)室的一篇學(xué)術(shù)論文，論文介紹了華裔科學(xué)家范汕洄及其研究團(tuán)隊(duì)利用量子力學(xué)中的“非線性等時(shí)對(duì)稱(chēng)（PT對(duì)稱(chēng)）原理”，并利用反饋調(diào)諧電路方法，研制了一種無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)在無(wú)需電力線纜連接的情況下可成功點(diǎn)亮圓盤(pán)上的LED燈，并且在一米距離內(nèi)移動(dòng)圓盤(pán)過(guò)程中，LED亮度維持不變。該論文引起了工業(yè)界、學(xué)術(shù)界對(duì)無(wú)線電能傳輸技術(shù)的新一輪關(guān)注熱潮。

 

現(xiàn)有典型原理的無(wú)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(xué)制成的系統(tǒng)可以在約一米的距離變化范圍內(nèi)，保持傳輸效率幾乎不變，這一研究開(kāi)拓了無(wú)線電能傳輸技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的新思路。在相應(yīng)的新聞與評(píng)論文章中，法國(guó)科學(xué)研究中心、巴黎高等物理化工學(xué)院科學(xué)家杰弗洛伊˙蘿實(shí)表示，這項(xiàng)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(dòng)裝置或車(chē)輛在線供電或充電。

 

移動(dòng)無(wú)線充電有望應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)

 

2007年，麻省理工學(xué)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(wú)線電能傳輸因此被美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》雜志評(píng)選為未來(lái)將給人類(lèi)生產(chǎn)和生活方式帶來(lái)巨大變革的十大科研方向之一。麻省理工學(xué)院的這一成果為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)在道路上無(wú)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(dòng)車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)完成充電。移動(dòng)式無(wú)線充電為解決插電式電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程受限問(wèn)題提供了新思路。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的電動(dòng)汽車(chē)一次完整充電的行駛里程大約在200公里左右，但電動(dòng)汽車(chē)電池的完全充電通常需要幾個(gè)小時(shí)才能完成。如果電動(dòng)汽車(chē)能夠在高速公路行駛過(guò)程中充電，就能消除人們對(duì)于續(xù)駛里程的擔(dān)憂乃至焦慮，并有助于減小動(dòng)力電池組容量，降低營(yíng)運(yùn)成本，同時(shí)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(wèn)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(wú)時(shí)限地開(kāi)車(chē)，只要不停止充電。”但目前該團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)階段的無(wú)線充電技術(shù)傳輸功率只有毫瓦級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到電動(dòng)汽車(chē)的供電標(biāo)準(zhǔn)。范汕洄帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)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(lái)通過(guò)繼續(xù)優(yōu)化無(wú)線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這種供電方式將具有廣泛的應(yīng)用前景。

 

移動(dòng)式無(wú)線充電技術(shù)目前還不成熟

 

目前，國(guó)內(nèi)外無(wú)線充電工程應(yīng)用主要面向軌道交通列車(chē)和固定線路的公交巴士。在已有電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電工程案例中，靜止式無(wú)線充電示范工程技術(shù)比較成熟。國(guó)外具有代表性的是龐巴迪Primove200千瓦無(wú)線快充技術(shù)，采用磁感應(yīng)充電技術(shù)，結(jié)合機(jī)械輔助機(jī)構(gòu)進(jìn)行線圈位置的升降調(diào)節(jié)。國(guó)內(nèi)的中興公司已可以實(shí)現(xiàn)60千瓦的公交無(wú)線充電，而且正朝著100千瓦及以上級(jí)別邁進(jìn)。

 

相比而言，目前移動(dòng)式無(wú)線充電技術(shù)還不成熟，少數(shù)移動(dòng)式無(wú)線充電工程應(yīng)用只是短距離的試點(diǎn)線路，基本上是原理和功能性驗(yàn)證，缺乏對(duì)工程實(shí)用化關(guān)鍵技術(shù)方面的考慮，且目前還沒(méi)有針對(duì)小型乘用車(chē)的無(wú)線充電工程應(yīng)用案例。現(xiàn)有的試驗(yàn)路段中，比較典型的是韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院的示范工程。據(jù)報(bào)道，該工程的道路總長(zhǎng)度達(dá)到12公里，其中無(wú)線充電路段覆蓋的長(zhǎng)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(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、運(yùn)行控制等方面的內(nèi)容均未見(jiàn)報(bào)道。

 

我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)研究情況

 

在電動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)式無(wú)線充電技術(shù)方面，我國(guó)相對(duì)于國(guó)外起步較晚，但經(jīng)過(guò)近幾年來(lái)的快速發(fā)展，已逐漸縮小了與國(guó)外的差距。廣西電科院于2012年開(kāi)始研究無(wú)線充電，于2016年5月建成了一條33米的電動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)式無(wú)線充電實(shí)驗(yàn)路段。該路段可以實(shí)現(xiàn)一輛移動(dòng)中的模型電動(dòng)車(chē)輛無(wú)線充電。其采用的線圈結(jié)構(gòu)原理與韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院開(kāi)發(fā)的第一代系統(tǒng)類(lèi)似，供電端采用長(zhǎng)直導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。同時(shí)，這種設(shè)計(jì)方案的側(cè)向抗偏移能力相對(duì)較差。經(jīng)實(shí)地調(diào)研分析，該路段只是移動(dòng)式無(wú)線充電原理性的展示，也未考慮工程化、實(shí)用化相關(guān)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、計(jì)量計(jì)費(fèi)、運(yùn)行監(jiān)控、檢修維護(hù)等問(wèn)題，也未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道的效率及電磁安全性方面的指標(biāo)數(shù)據(jù)。

 

2016年1月，中國(guó)電科院牽頭承擔(dān)了國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“電動(dòng)汽車(chē)路段移動(dòng)式無(wú)線充電關(guān)鍵技術(shù)研究及設(shè)備研制”，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析、磁傳輸部件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、大功率高頻電源、電磁安全防護(hù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制以及道路結(jié)構(gòu)和施工技術(shù)等幾個(gè)方面展開(kāi)研究，并通過(guò)建設(shè)一條百米級(jí)的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電試驗(yàn)路段來(lái)對(duì)移動(dòng)式無(wú)線充電技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)深入的測(cè)試評(píng)估，從而為后續(xù)公里級(jí)及以上規(guī)模的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電示范工程提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)完成了電動(dòng)汽車(chē)移動(dòng)式無(wú)線充電關(guān)鍵技術(shù)研究及設(shè)備研制，正在開(kāi)展150米長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)路段的施工和設(shè)備安裝調(diào)試，預(yù)計(jì)2017年8月底投入試運(yùn)行。該項(xiàng)目的研究成果有望指導(dǎo)后續(xù)公里級(jí)及以上電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電示范工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行。