无线充电技术的发展
2010年后无线充电技术在 消费类电子中迅速发展 第一个 有轨车 无线供 电的专 利
H. J. G. Bolger, F. A. Kirsten and L.S. Ng, “Inductive power coupling for an g y system,” y electric highway Vehicular Technology Conference, Vol. 28, pp.137-144, March 1978
应用场景变化
瑞士ABB集团（日内瓦机场及Palexpo国际会展中心）， 15秒无线充电解决方案，充电功率达到400千瓦，充电设 备位于车顶上方
导引——升降机构——车牌——顶部——……
EV用设计指标
2016-03-09
[1]
[2]H. J. G. Bolger, F. A. Kirsten and L.S. Ng, “Inductive power coupling for an electric highway system,” Vehicular Technology Conference, Vol. 28, pp.137 pp.137-144, 144, March 1978
研发企业——代表
研发企业代表——电动汽车无线供电
功率范围（kW） 公司 合作厂商 1022 X 2260 100250
3.3
6.6
美国高通公司 美国Witricity Evatran （美国） 德国康稳 韩国KAIST 庞巴迪 昭和电机 中兴通讯
奔驰、宝马、日产、 X 雷诺德雷森车队 丰 汽车 丰田汽车，三菱, 菱 德 X 尔福公司 日本矢崎 X 谷歌 Factory/Bus SUV/Bus Factory/Bus 日产汽车公司等 产 车 等 东风汽车、大宇等 X
电 汽车和无线供电技术（ 电动汽车和无线供电技术（WPT） ）
大气污染 石油枯竭
EV attract much attention
清洁环保 节能
动力电池
作为EV的能 量来源要求 大容量
高成本 体积\重量大
电池容量： 150‾500kg
无线供电
边行驶边供电，节 约充电等待时间； 大大减轻车载电力 电池重量，提高电动 车 率； 车效率； 电能传输无电气连 接，避免了电火花造 成的危险。 。
日本昭和 飞机非接触 供电系统 日本昭和飞机 非接触充电 Powermat无线充电 装置 东光“水中”非接触 供电模块
Splashpower 非接触充电板
精工爱普生 精工爱普生0.5W 2.5W非接触 非接触充电模块样片 充电模块样片
Fulton Innovation 非接触充电系统
2000年
……
2007年
38%
日本龙谷大学 移动式无线充电
1960年 ……
1990年
……
2007年
2008年
2009年
2010年
至今
“全向辐射” ——能量传输时，接收、发射设备的面积通常很大 ——高 高系统损耗 “高频” 高
17
不同WPT技术特点
电磁感应式——以耦合的磁场为媒介实现电能传递
Mojo Mobility手机 用非接触充电线圈 德国Wampfler 轨道IPT WiPower非接触 供电设备 日本羽田 机场巴士用 非接触供电
1990s 1980s 1996-EV1， 1987— SHARP微波 J1773 奥克兰大学 飞机 1989-1996 和日本大阪 富库、德国 USA PATH计划 计划 1987—植入 康稳合作 式供电研究 1980—替代碳 刷的构想
2014 2013 无线充电 美国汽车工程师协 联盟 WPC 会(SAE) 公开电动汽 成立 车非接触供电标准 “J2954” 的输出 功率和频带等基本 指标
容性耦合
优点：可以穿过金 优点 穿过金 属介质传输能量； 缺点：传输距离小； 要求高频工作 目 要求高频工作；目 前容量较小
感应式——频率较低，功率范围宽
其它——如激光/微波
用于远距和超距的能量 传输
共振式——频率较高距离较大
容性耦合的应用
Input voltage: 340V Output p voltage: g 196V Output current: 5.21A Frequency: 540KHz Efficiency: 83% Air gap: 100um/2×0.1m 0 1m2
Wireless Electric Vehicle Charging via Capacitive Power Transfer Through a Conformal Bumper Jiejian Dai , Daniel C. Ludois , APEC 2015
不同WPT技术特点
WPT
发射 三菱重工电动汽车 充电系统 美国航天工程师 日本研制的微波 提出空间太阳能发电 驱动木质飞机MILAX 接收 Powercast微波发射模块 美国JPL微波能量传输 美国航局设想的太阳能塔 美国拟建设 空间太阳能系统 日本京都大学 与UD Trucks通过呈斜 面设置受电天线提高 效率
背景
传统接触式供电 无线供电技术
无线供电技术优点
无线供电的优点—— 无线供电的优点 —— 使用方便—— 使用方便——无连线，使用方便，移动灵活; 使用安全 使用安全—— ——无火花及触电危险; 可适应恶劣环境 可适应恶劣环境—— —— 无火花,易于防水，无积尘和接触 损耗问题 少维护甚至免维护 少维护甚至免维护—— ——无积尘和接触磨损 易于实现无人自动供电和移动式供电 易于实现无人自动供电和移动式供电. .
国内研究团队
香港理工大学 香港大学 许树源教授及其研究团队 重庆大学 孙跃教授及其研究团队 中科院电工研究所 天津工业大学 津 学 杨庆新教授及其研究团队 新 华南理工大学 张波教授及其研究团队 哈尔滨工业大学 哈尔滨 大学 朱春波教授及其研究团队 朱春波教授 其 究 东南大学 南京航空航天大学 、福州大学、北京交通大学、浙江大学、武汉 大学(高压取电) 华中科技大学 大学(高压取电)、华中科技大学……
法拉第， 电磁感应定律 1894 1831
1978
MIT的 Marin Soljacic 成 成功地点亮了一 点亮 WPC发布无线 个两米开外的60 充电标准 Qi 瓦灯泡 2010 2007 2008
无线充电三大 联盟中， A4WP与PMA 宣布合并 2015
1964， 1891 1968 发明特斯拉线圈 ADB A.D Brown 点亮25英里以外 硅整流天线 的氖气灯 Peter laser 用微波进行 能量传输
高压取电
反射信号
发射信号
物联网传感器自供电 地下管网探测
国外高校主要研究团队
美国 - University y of Michigan-Dearborng 密歇根州迪尔伯恩大学 密 州 学 - Utah State University 犹他州立大学 - 橡树岭实验室 新西兰 - University of Auckland 西班牙 -萨拉戈萨大学 韩国 - KAIST 日本 -早稻田大学、东京大学、崇城大学、横滨国立大学
பைடு நூலகம்
29
研究团队
30
EV用无线供电系统的指标
1、非接触变压器尺寸:1m‾0.8m, (轨道宽度：1.2-1.5m， 车身轮距 1.2-1.5m 车身轮距： 1 2 1 5 ）。 ） 2、根据不同车型，气隙范围不同， 2 根据不同车型 气隙范围不同 一般大于12cm 般大于12cm，小 小 于在30cm，通常在20cm左右。 3、功率量级有小功率级（2-3kW，3.6kW）,SUV级 （17kW左右，19.2kw）,BUS级（多个单元并联, 单个单 元应在30kW左右 总功率应在60kW以上 60 元应在30kW左右，总功率应在60kW以上，60200kw），轨道车辆供电（单台牵引电机200KW）。
背景
电能传输 在人类生产和生活中起着重要作用，如何更方便、更安全、更高效地
传输电能是科学研究的重要方向
传统接触式供电
危险！
电源传统接入方式包括： • 导体（线）硬连接模式 • 可插拔式接插件模式 • 滑动（滚动）模式（针对移动设备）
采用插头与插座的金属接触来导 采 插头与插座的金属接触来导 电 容易产生接触火花，在矿井、油 田等场合存在很大安全隐患
WPT技术市场前景
广阔的市场前景—— 广阔的市场前景 —— 2012 2012-2013， 2013，被世界经济论坛评选为 被世界经济论坛评选为十大新兴技术之一 十大新兴技术之一; 2014 2014年 年，入选 入选《 《时代 时代》 》周刊年度 周刊年度10 10项最佳发明清单 项最佳发明清单; MarketstandMarkets M k dM k 2014年 2014年研究报告 2014 年 年研究报告， 究报告， 全球无线电力传输 全球 线 传输 市场年复合增长率达 市场年复合增长率 达 60 60. .49 49% % 。 预计到 预计到2020 2020年 年 ， 无线电力传 输市场规模 市场规模将达到 将达到1050 1050. .2亿元人民币 亿元人民币。 。(电缆网) 电缆网) 2014 2014， ，中国科协 中 科 ，10 中国科协， 10项引领未来的科学技术之一 项引领未来的科学技术之一 未来 科学 术
技术水平——电动汽车无线充电
爱荷达国家实验室
气隙：11cm 输出功率：3.3kW 效率：89.2% 发布时间 2013年 发布时间：2013年
高通
气隙：7-15cm 输出功率：7.2kW 充电时间：1小时 发布时间 2015年 发布时间：2015年
Witricity
工作频率：85kHz 输出功率：2kW 充电时间：90分钟 发布时间 发布时间：2014年 年