无线充电技术知识讲座

无线充电技术与未来能源主讲人：薛静云2017.9.27·任何一种给人们带来方便的技术都会受到大家的欢迎。无线充电技术的到来，让智能手机拜托了最后一条线缆的羁绊，我们能预见到无线充电将成为主流的应用方式，传统的充电线缆则会成为必要的补充。·你不可能充满遇见地将生命中的点点滴滴串联起来。只有在你回头看的时候，你才会发现这些点点滴滴的联系，所以你要坚信，你现在所经历的一切都将或多或少与你的未来产生关联。你必须相信某些东西，你的决心、命运、生活、因缘际会等等。这种信仰从来没有让我感到失望、相反它让人生变得与众不同。————史蒂夫.乔布斯苹果在今年秋季发布会上为我们带来了3款新品iPhone，分别是iPhone8、iPhone8Plus以及iPhoneX，并且3款新机都支持无线充电功能苹果还特意推出了一款名为“AirPower”的无线充电底座，根据苹果官网的信息介绍，只要将iPhone、AppleWatch和AirPods随手放在充电底座上，便可为它们无线充电三款苹果手机·9月13日之前，曾有传闻表示苹果三款新iPhone将搭载Energous公司的WattUp无线充电技术，这使得它们可能具备‘远距离’无线充电功能。不过遗憾的是，在上周的苹果发布会上，三款新iPhone并没有加入这项技术。三款苹果手机·尽管iPhone8/8Plus以及iPhoneX都支持无线充电，但它们所使用的是常见的Qi无线充电标准，这也就意味着这三款新iPhone必须要贴着充电底座才能实现无线充电。·那么想在iPhone上不贴着充电垫实现无线充电，是不是还得再等几年？无线充电技术的发展正在飞速进行。三款苹果手机目录CONTENTS无线充电技术介绍发展历程在汽车中的应用未来发展1324无线充电技术（英文：Wirelesschargingtechnology；Wirelesschargetechnology）源于无线电能传输技术，可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式。小功率无线充电常采用电磁感应式，如对手机充电的Qi方式，但中兴的电动汽车无线充电方式采用的感应式。大功率无线充电常采用谐振式（大部分电动汽车充电采用此方式）由供电设备（充电器）将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。一、无线充电技术介绍1890年，物理学家兼电气工程师尼古拉·特斯拉（NikolaTesla）就已经做了无线输电试验，实现了交流发电。磁感应强度的国际单位制也是以他的名字命名的。特斯拉构想的无线输电方法，是把地球作为内导体、地球电离层作为外导体，通过放大发射机以径向电磁波振荡模式，在地球与电离层之间建立起大约8Hz的低频共振，再利用环绕地球的表面电磁波来传输能量。但因财力不足，特斯拉的大胆构想并没有得到实现。后人虽然从理论上完全证实了这种方案的可行性，但世界还没有实现大同，想要在世界范围内进行能量广播和免费获取也是不可能的。因此，一个伟大的科学设想就这样胎死腹中。二、无线充电技术发展历程2007年6月7日，麻省理工学院的研究团队在美国《科学》杂志的网站上发表了研究成果。研究小组把共振运用到电磁波的传输上而成功“抓住”了电磁波，利用铜制线圈作为电磁共振器，一团线圈附在传送电力方，另一团在接受电力方。传送方送出某特定频率的电磁波后，经过电磁场扩散到接受方，电力就实现了无线传导。这项被他们称为“无线电力”的技术经过多次试验，已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。这项技术的最远输电距离还只能达到2.7米，但研究者相信，电源已经可以在这范围内为电池充电。而且只需要安装一个电源，就可以为整个屋里的电器供电。二、无线充电技术发展历程2014年2月，电脑厂商戴尔加盟了A4WP阵营，当时，阵营相关高层就表示，会对技术进行升级，支持戴尔等电脑厂商的超极本进行无线充电。市面上的传统笔记本电脑，大部分电源功率超过了50瓦，不过超极本使用了英特尔的低功耗处理器，将成为第一批用上无线充电的笔记本电脑。在此之前，无线充电技术，一直只和智能手机、小尺寸平板等“小”移动设备有关。不过，无线充电三大阵营之一的A4WP（“无线充电联盟”）日前宣布，其技术标准已经升级，所支持的充电功率增加到50瓦，意味着笔记本电脑、平板等大功率设备，也可以实现无线充电。最近，有几家公司已经生产出无线充电的手机、mp3、便携式电脑。二、无线充电技术发展历程三、无线充电技术的应用汽车行业太空发电生物医学1.电动汽车无线充电技术研究背景中国新能源汽车政策进程电动汽车无线充电技术研究背景新能源汽车（乘用车及轻型商用车）示范推广补助标准（万元/每辆）电动汽车无线充电技术研究背景传统汽车和纯电动汽车节能减排比较无线充电技术研究背景日驶（公里）油耗（L/100Km）电耗（度）日成本（元）年节约（元）CO2减排（吨）传统公交车24027434传统私家车30918纯电动公交车240901309100044纯电动私家车30193.443001.8燃料电池技术瓶颈：1.H2的制取、存储、运输难题。2.催化剂选取困难，成本太高。纯电动汽车目前更多的是发展电动汽车电动汽车电动汽车无线充电技术研究背景1普通充电多为交流充电，电压220V或380V，一次需要8-10小时充满。一个有10个位置的电站一天充30辆汽车，10万辆汽车需多少个充电站？占用多少城市用地？？2快速充电多为直流充电，一次充电需要10-20分钟左右。10分钟左右把35Kw的电池充电完毕大约需要250Kw的充电功率，是一个办公大楼用电负荷的5倍，不可能在家充！一个充电站开4个充电机，功率就能达到“兆瓦”级，是个难题！！3电池更换更换电池，时间短，能保证汽车的正常行驶。电池组标准化比较困难，电池组心就问题难以解决。电动汽车无线充电技术研究背景传统电动汽车充电模式及其存在的问题同时充电的汽车数目有限户外有线充电桩易受到侵害建专用充电站占用大量用地采用无线充电形式电动汽车无线充电技术研究背景充电桩充形式的缺点及其解决办法•电动汽车充电站及充电桩•无线输电频率相同的共振耦合现象电流震荡：7兆赫范围：1米传输效率：80%2.电动汽车无线充电技术工作原理•电子产品充电电动汽车无线充电技术工作原理磁场共振式无线电波式三种无线充电方式•电磁感应式充电电动汽车无线充电技术工作原理电磁感应——初级线圈一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流，从而将能量从传输端转移到接收端•电磁感应式充电系统框图及应用电动汽车无线充电技术工作原理•无线电波式充电电动汽车无线充电技术工作原理基本原理——类似于早期使用的矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，如图，接收电路，可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。Powercast公司研制出可以将无线电波转化成直流电的接收装置，可在约1米范围内为不同电子装置的电池充电。•磁场共振电动汽车无线充电技术工作原理原理——由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。•磁场共振式充电应用电动汽车无线充电技术工作原理•电动汽车无线充电系统实际结构及原理图电动汽车无线充电技术工作原理系统由位于汽车外部主级电路和位于汽车的内部的次级电路、整流器以及驱动系统构成。通常在充电的时候，带有扁平铁芯的主级线圈，即耦合器，是通过手动的方式被插在次级铁芯中一个缝隙处，这样，能量就能够从安置在底层的主级电路被转换到电池中。电动汽车无线充电技术应用实例•感应充电观光车韩国首尔一座游乐园内试运行一种新型电车。这种电车在铺有电感应条的路面上行驶时可“无线”充电，不像传统电车需通过路轨或头顶电线获得电力。•印度无线充电车(REVANXG)则是一款双门运动车型，拥有玻璃车顶，最高时速达130公里，一次充电可持续行驶200公里，这款车预计2011年上市。•日产魔方电动车电动汽车无线充电技术应用实例采用了可在供电线圈和受电线圈之间提供电力的电磁感应方式.即将一个受电线圈装置安装在汽车的底盘上，将另一个供电线圈装置安装在地面，当电动汽车驶到供电线圈装置上，受电线圈即可接受到供电线圈的电流，从而对电池进行充电。目前，这套装置的额定输出功率为10kW，一般的电动汽车可在7-8小时内完成充电。电动汽车无线充电技术应用实例•日本无线充电式混合动力巴士电磁感应式，供电线圈是埋入充电台的混凝土中的。车开上充电台后，当车载线圈对准供电线圈后（重合），车内的仪表板上有一个指示灯会亮，司机按一下充电按钮，就开始充电。电动汽车无线充电技术应用实例•日本无线充电式混合动力巴士结构未来电动汽车无线充电技术展望•远程无线充电年由美国的罗纳德·佩里斯等研究人员在底特律汽车工程师协会展览会上提出。具体方案为：佩里斯设想利用一台无线发射器将电能转换成一种符合现行美国技术标准的特殊的微波束给移动中的电动汽车充电，汽车只要进入发射器工作范围，用安装在车顶的专用接收天线接收微波束即可。这样，给车辆充电就像使用车载电话一样方便。应用：市内的公共电车上，发射器就安装在公共汽车站附近，这样行车途中就不必担心没电了。•太空发电站年，美国人格拉泽最早提出在离地面36000公里的地球静止轨道上，建造太阳能发电站的构想。构想具体为：利用铺设在巨大平板上的亿万片太阳电池，在太阳光照射下产生电流，将电流集中起来，转换成无线电微波，发送给地面接收站。地面接收后，将微波恢复为直流电或交流电，送给用户使用。未来电动汽车无线充电技术展望•太空发电站该太阳能电站将电能通过无线传输方式传递给空间飞行器或地球表面用户。敬请批评指正谢谢聆听