美國田納西州橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學(xué)家們開發(fā)出了一種無線充電技術(shù)。他們說，這種技術(shù)可以在一小時內(nèi)為一輛普通的電動汽車充滿電。與他們在近年宣布的類似無線充電系統(tǒng)相比，這是六倍的功率提升。他們報告說，目前正在對這種無插電動汽車充電技術(shù)做改進(jìn)，以適用于運貨卡車等商業(yè)應(yīng)用。

橡樹嶺國家實驗室的研究人員利用這些線圈產(chǎn)生磁場，為電動汽車進(jìn)行無線充電。 照片來源：Genevieve Martin/ORNL/DoE

橡樹嶺電力電子和電力機械集團的負(fù)責(zé)人Burak Ozpineci說，這個團隊還沒有完成。他說，他們正在朝著美國能源部設(shè)定的更大目標(biāo)——即建立一系列快速、安全、簡單的電動汽車充電系統(tǒng)——努力。按美國能源部近年的指令的說法，這將“加速美國電動汽車的普及”。

他們的想法是將現(xiàn)有系統(tǒng)的功率吞吐量提高三倍，使電量耗光的電動汽車電池的總充電時間降至15分鐘以下。且要給電動汽車充電，除了將電動汽車開到嵌入混凝土中的無線充電板上之外，無需將任何東西插入汽車或再做其他任何事情。

Ozpineci說，能源部的指令沒有說明這些系統(tǒng)應(yīng)該是有線的還是無線的。但他補充道，“我們的專長是在無線方面。所以我們說，我們將做無線部分?！?/p>

目前藝術(shù)家們用概念畫所描畫的電動汽車充電泵類似于汽車加油站，不過其釋放的是電子而不是石油。而電動汽車無線充電裝置代表的可能不僅僅是一種新的汽車燃料來源。就像20到30年前的無線互聯(lián)網(wǎng)革命一樣，電動汽車的無線電源可能不僅僅改變汽車的電力來源。一些未來學(xué)家認(rèn)為無線電源正在“智慧城市”的興起和加油站的消亡中扮演重要角色。

這些由ORNL設(shè)計的無線線圈和電力電子設(shè)備可以以97%的效率安全地通過空氣傳輸大量電能。照片來源：Genevieve Martin/ORNL/DoE

Ozpineci說，他們這可輸出120千瓦功率、效率為97%的無線充電技術(shù)所涉及的兩個關(guān)鍵要素是他們所用的材料以及傳輸和接收電力的線圈。在今年9月份的IEEE能量轉(zhuǎn)換博覽會（IEEE’s Energy Conversion Congress and Exposition）上，他們介紹了這項技術(shù)的詳細(xì)信息。他們的這篇文章很快將在IEEE Xplore數(shù)據(jù)庫上發(fā)布。

將無線電力從地面單元發(fā)射到電動汽車中的電力接收單元（兩者之間隔著寬約6英寸的氣隙），意味著快速震蕩地面線圈中的電場和磁場，并在電動汽車中的接收線圈中引起類似行為。Ozpineci說，實際上，這意味著通過約每秒22，000個周期（即22千赫茲）的振蕩電流來輸出120千瓦的功率。

他說：“問題是通常我們都有硅器件，而當(dāng)我們達(dá)到更高的功率水平時，你無法在更高的開關(guān)頻率下運行它們。在10千瓦時，你可以切換到20 千赫茲。但是當(dāng)你達(dá)到100千瓦甚至更高時，你必須降低開關(guān)頻率——因為散熱問題、設(shè)備響應(yīng)問題及很多事情?！?/p>

該線圈通過大約22千赫茲的振蕩電流來輸出120千瓦的功率。照片來源：Genevieve Martin/ORNL/DoE

但是，以高效率傳輸更高的功率需要更高的開關(guān)頻率。因此，這實際上意味著既要把硅換成更堅固（也更昂貴）的碳化硅，又要強化電力交換的發(fā)送端和接收端上的線圈。

Ozpineci說，特斯拉的Model 3也使用碳化硅電子產(chǎn)品。因此，橡樹嶺國家實驗室的技術(shù)對材料的依賴在電動汽車系統(tǒng)中并非前所未有。另一方面，他們承認(rèn)他們的100磅（45千克）線圈需要進(jìn)行一些改進(jìn)和優(yōu)化，才能將其推向商業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)計階段。

然后，他們必須進(jìn)一步創(chuàng)新設(shè)計，使功率提高三倍才能達(dá)到能源部350至400千瓦的目標(biāo)。Ozpineci說，這項工作正在進(jìn)行中，但他懷疑在任何350千瓦或更多的無線增壓器中都必須有多個電源模塊。

管理ORNL開發(fā)的新無線充電系統(tǒng)的構(gòu)成組件之間電流的電力電子設(shè)備。照片來源：Genevieve Martin/ORNL/DoE

“我們能夠使用單一電源模塊，”他談到目前120千瓦的機組時說，“我們正處于或接近這些電源模塊的極限。若要做超越極限的事情，我們要么需要把這些模塊并聯(lián)，要么需要把兩個逆變器并聯(lián)。當(dāng)你這樣做的時候，你會因要同步運行這些東西而遇到更多挑戰(zhàn)?！?/p>

Ozpineci說，他的團隊還在進(jìn)行所謂的電動汽車動態(tài)無線充電系統(tǒng)的可行性研究。動態(tài)無線充電系統(tǒng)可使用安裝在道路下的無線充電墊自動為行駛中的電動車輛充電。

他說：“世界上許多團體都在關(guān)注它，但大多數(shù)人都在考慮降低功率。比如20千瓦。但我們不將自己局限在20 千瓦。我們需要100 千瓦嗎？需要120 千瓦嗎？需要更高的功率嗎？無論我們得出什么結(jié)果，美國能源部都可能為示范項目提供資金?！?/p>