待2018年最终标准化完成,电动汽车无线充电技术就要来了

129Lab

在低功率的消费类电子产品领域,无线充电技术正在逐渐成为主流,特别是在智能手机领域,无线充电带来的便捷性正受到越来越多消费者的喜爱。同样,对于高功率应用的电动汽车领域,能够传输千瓦(kW)级别功率的无线充电技术也受到越来越多的关注。为了能够实现该项技术在电动汽车上的商业化、实现不同电动汽车在不同充电设备可以充电的目的,对无线充电技术进行标准化的需求应运而生。

待2018年最终标准化完成,电动汽车无线充电技术就要来了

从2010年开始,美国汽车工程师协会SAE就成立了无线功率传输(WPT,wireless power transfer)的工作组(简称WPT工作组),旨在对电动汽车的无线充电技术及其地面基础设施进行标准化。WPT工作组主要由来自全球的汽车制造商、基础设施供应商、政府机构、实验室、大学和无线充电技术一级供应商组成(图1)。WPT工作组在2016年5月发布了标准SAE TIR J2954 “Wireless Power Transfer for Light-Duty Electric Vehicles and Alignment Methodology”。

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图1 WPT工作组成员

采用感应充电(inductive charging)的无线充电技术可以实现电动汽车充电的自动化。从本质上而言,消费者只要把电动汽车准确停在无线充电器上方,对齐车辆和地面充电器上的两个线圈就可以通过电感进行能量传输了,实现“停车-走人-自动充电”的便捷性。与传导式充电(SAE J1772)类似,无线充电采用SAE J2954标准后也可以实现互联互通(J2954对频段、线圈、电磁限定、拓扑结构等都会进行规范要求)。用于实现无线充电的主要组成部件见图2。

其中,GA=Ground Assembly,属于安装在地面的充电装置,里面有一个线圈;VA=Vehicle Assembly,属于安装在车辆上的充电装置,通常安装在车辆底盘下面,里面也有一个线圈。消费者需要做的就是把车停好,使得VA和GA上的两个线圈按照规定对齐(在一定范围内对齐即可)。J2954规定的通用频段为85kHz(81.39-90kHz),并且按照功率等级将无线充电分为四个等级:3.7kW(WPT 1)、7.7kW(WPT 2)、11kW(WPT 3)和22kW(WPT 4)。

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图2 SAE J2954无线充地面装置和车辆装置的示意图

SAE J2954团对跟美国能源部下属实验室(爱达荷国家实验室、阿贡国家实验室等)一起合作 开发了分别用于台架(bench)和整车(full vehicle)的安全、性能测试方法(图3),用于测试系统的磁场极限、功率传输性能和安全等级(ICNIRP磁场等级和温度极限)等。

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图3 台架和整车测试

需要注意的是,2016年5月SAE发布的这个标准属于SAE TIR J2954,TIR=Technical Information Report,因此该版本目前还更接近于技术信息的报告,其中所规定的要求,例如频段、主要参数、测试步骤等会在后续的开发研究中将进一步优化改进。TIR J2954目前仅考虑车辆处于静止状态下的无线充电,根据将来业界的反馈,可能会考虑动态过程中的无线充电。在进一步通过台架和整车的测试收集数据之后,WPT工作组计划在2018年完成最终的标准化工作,为即将到来的无线充电电动汽车做好准备。

就在今年1月份,在德国奥迪举办的一个标准会议上,来自世界各地的整车制造商、一级供应商和技术服务商的各方代表在一些关键技术上达成了一致,这对无线充电标准的最终建立和实施无疑是一个好消息。

参考:

IEEE Standards University

SAE TIR J2954 Wireless Power Transfer for Light-Duty Electric Vehicles and Alignment Methodology

作者:129Lab

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