魏學(xué)哲：電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)還有很多工作要做
同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院副院長(zhǎng)魏學(xué)哲作主題演講
11月16日，“2017’第二屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)暨第三屆中國(guó)電池行業(yè)智能制造研討會(huì)”在北京啟幕。本屆峰會(huì)由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)和電池中國(guó)網(wǎng)共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯(lián)合主辦；中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)承辦，無(wú)錫先導(dǎo)智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會(huì)人數(shù)超600人。
11月16日下午，以“束縛與發(fā)展：重新定義整車(chē)與電池”為主題的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)分論壇，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)高級(jí)顧問(wèn)、國(guó)家科技成果轉(zhuǎn)化基金新能源汽車(chē)創(chuàng)業(yè)投資子基金合伙人兼總裁方建華主持。
同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院副院長(zhǎng)魏學(xué)哲做了以““動(dòng)汽車(chē)的無(wú)線充電技術(shù)與應(yīng)用”為主題的演講。演講實(shí)錄如下：
魏學(xué)哲：去年我也參加過(guò)一次，我講的是第三代電池管理系統(tǒng)，我今天報(bào)告內(nèi)容是講“電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)線充電技術(shù)與應(yīng)用”。實(shí)際上思考這個(gè)論壇主題——“突破、束縛和發(fā)展”，我們要考慮汽車(chē)和能源之間的關(guān)系。傳統(tǒng)的汽車(chē)和加油，大家知道這個(gè)模式非常簡(jiǎn)單，后面充電的事情顯然要比加油這個(gè)事情整個(gè)模式就會(huì)發(fā)生改變，一個(gè)加油站可以服務(wù)幾百輛、上千輛車(chē)，服務(wù)來(lái)講很難指望復(fù)制燃油的模式。過(guò)去電池我們是這樣一種應(yīng)用，這是我去年用的一個(gè)圖，是講電池管理的這樣一個(gè)發(fā)展的過(guò)程，現(xiàn)在的情況是幾十萬(wàn)輛甚至百萬(wàn)輛級(jí)別的車(chē)大規(guī)模關(guān)注性能和方便性。
電池大家知道，現(xiàn)在充電有三種方式：第一種是換電的方式，第二種是用導(dǎo)線來(lái)充的方式，導(dǎo)線來(lái)充分兩種，一個(gè)是快充，一個(gè)是慢充，不管是哪一種方式，特別是慢充的方式，從過(guò)去專(zhuān)業(yè)人員加油這種方式，變成了每一個(gè)人操作的一件事情。我也調(diào)研過(guò)一些人，像我們的學(xué)生工科生自己來(lái)充個(gè)電，實(shí)際上覺(jué)得很輕松的事情，也不覺(jué)得困難，但是女生或者是其他的充電，是不是危險(xiǎn)，會(huì)不會(huì)把我手弄臟等等，會(huì)帶來(lái)很多的顧慮。所以提高充電的用戶體驗(yàn)實(shí)際上變成了一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，無(wú)線充電這個(gè)事情實(shí)際上就應(yīng)運(yùn)而生。
無(wú)線充電這個(gè)事情總的來(lái)講也不是很新的一個(gè)話題，最早從1889年特斯拉線圈，特斯拉提出這樣一個(gè)概念，到后面一整套的過(guò)程。
近幾年引爆這件事情就是2007年MIT搞了一個(gè)共振式強(qiáng)磁耦合，隔了幾米遠(yuǎn)點(diǎn)了60瓦的燈泡，覺(jué)得很神奇，后來(lái)在國(guó)內(nèi)很多學(xué)校和企業(yè)也開(kāi)始做這件事情。
總的來(lái)講，這張圖上半部分是車(chē)廠的，下半部分是地面廠的，比如在中國(guó)220V的市電，經(jīng)過(guò)一系列的電力電子的變換，后面有一個(gè)發(fā)射線圈，車(chē)上有一個(gè)接收線圈，再到后來(lái)，回到電池里面去，這樣一個(gè)過(guò)程。
現(xiàn)在有一些國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)建立起來(lái)了，比如說(shuō)當(dāng)然比較簡(jiǎn)單的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，前面陳老師也說(shuō)了，大家最關(guān)心的一件事情就是安全不安全，有的人就說(shuō)會(huì)不會(huì)是一個(gè)微波爐，會(huì)不會(huì)把我給烤熟了，這個(gè)大概不會(huì)，因?yàn)閺亩ǖ臉?biāo)準(zhǔn)來(lái)講，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本上80K赫茲，微博的波長(zhǎng)80K赫茲大家算一下，如果按照電磁波是30×10米/秒，80K是3千多米的波長(zhǎng)，我們充電如果20公分的距離，是一個(gè)近場(chǎng)問(wèn)題，近場(chǎng)實(shí)際上是一個(gè)磁場(chǎng)，不是電廠，人們對(duì)磁場(chǎng)的耐受率相當(dāng)強(qiáng)，至少現(xiàn)在沒(méi)有證據(jù)證明這樣的磁場(chǎng)下對(duì)人會(huì)有多少的影響，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室也干了一段時(shí)間，好像現(xiàn)在還處于正常狀態(tài)。
講電路，剛才講考慮兩個(gè)方面，一個(gè)是車(chē)上，一個(gè)是地上的，拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)我們大致分四種，一個(gè)是我們SS，實(shí)際上是一個(gè)LLC的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，都是串聯(lián)的這種方式，就是說(shuō)補(bǔ)償電感是用，大家知道因?yàn)槭枪舱駹顟B(tài)，實(shí)際上L和C感性和容性要抵消掉，如果是電容并聯(lián)就是并聯(lián)型的，因?yàn)橛闪孔儯钥梢苑殖伤姆N，SS、PS、PP、SP等等這樣四種方式，這四種方式各種優(yōu)缺點(diǎn)不一樣。目前來(lái)講，從我們做的話主要是雙LCC的諧振拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，一個(gè)是沒(méi)有相位滯后的問(wèn)題、沒(méi)有功率因素的問(wèn)題。
我把串并不同的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)做的一個(gè)比較，就是各有各的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于我們選的這種雙LCC這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)，其實(shí)一方面是考慮效率問(wèn)題，另外一方面是考慮兩個(gè)線圈對(duì)位錯(cuò)（音）的敏感度會(huì)有多高的問(wèn)題，串聯(lián)我們同樣可以做到非常高的效率，但是錯(cuò)開(kāi)一點(diǎn)點(diǎn)位置效率會(huì)快速下降，而這種雙LCC的結(jié)構(gòu)對(duì)于位錯(cuò)（音）的容忍度會(huì)更好一點(diǎn)。
剛才講的是電路方面，線圈方面有很多種線圈的結(jié)構(gòu)，左上角實(shí)際上是一個(gè)新西蘭、奧克蘭的線圈結(jié)構(gòu)，大家看像一個(gè)人趴在那個(gè)地方一樣，中間是香港大學(xué)的一個(gè)矩形線圈，一圈套一圈的方案，上面是密西根的方案，還有三線圈的方案，還有用美特材料做的方案。
這是奧克蘭他們做的事情做的比較早，這個(gè)事情大概有20多年的時(shí)間，他們搞的DDQ線圈的形式，就是兩個(gè)D型線圈，中間有一個(gè)補(bǔ)償線圈，是一個(gè)Q型線圈，是這樣一種方式，還有右邊的雙D型線圈這樣的方案。國(guó)內(nèi)包括東南大學(xué)的方案，包括天津工業(yè)大學(xué)的方案，包括重慶大學(xué)的方案，還有中科院電工所，在這方面做了很好的工作。
國(guó)外大家都知道，像剛才講的奧克蘭的學(xué)者搞了之后，他的學(xué)生包括教授出去建了一個(gè)公司叫Halo，后來(lái)這個(gè)公司被高通收購(gòu)了，高通收購(gòu)之后對(duì)這個(gè)技術(shù)進(jìn)一步的商業(yè)化。當(dāng)然也有人想出來(lái)，我們不要靜態(tài)的來(lái)做，能不能邊跑邊充電，也有人做這個(gè)事情，現(xiàn)在還處于非常早期的階段。
剛才講的MIT的一幫人出去建了一個(gè)公司叫Vitricity，也是老師和學(xué)生做一個(gè)創(chuàng)業(yè)公司來(lái)做這個(gè)事情，功率等級(jí)有3.6、7.7、11千瓦這樣一個(gè)級(jí)別，傳輸效率能夠做到94%以上，從電網(wǎng)到電池，94%的效率就是讓大家能夠算得出來(lái)，我們?nèi)绻f(shuō)用導(dǎo)線來(lái)做的話，大概是98、99%，大概會(huì)丟掉5個(gè)百分點(diǎn)，我們?nèi)绻愠慑X(qián)，比如一度電6毛錢(qián)，倒算過(guò)來(lái)其實(shí)可能會(huì)變成6毛幾分錢(qián)，單單從經(jīng)濟(jì)損失來(lái)講，我相信大家都是能夠接受的一件事情。從位錯(cuò)（音）來(lái)看，前后位側(cè)（音）可以位側(cè)（音）7.5公分，左右可以有10公分的位錯(cuò)（音）。國(guó)內(nèi)一些企業(yè)，包括長(zhǎng)城也在做，中興通訊也在做，中興通訊當(dāng)然我們剛才講的，拿到Halo的資源來(lái)做這個(gè)事情，比亞迪、中科院電工所都在做這件事情。這是我們做的東西，這是第一代的線圈，20厘米的間距可以做到90以上的效率，這是第二代的線圈，不管是線圈的優(yōu)化，還是包括使用的導(dǎo)線都做了一些優(yōu)化。當(dāng)然要考慮電磁場(chǎng)的問(wèn)題，考慮輻射的問(wèn)題，有很多的包括做TNT，能夠讓磁力線構(gòu)成短路。這是目前做的實(shí)驗(yàn)抬架，要考慮在SYZ甚至方向位錯(cuò)（音）的時(shí)候，比如說(shuō)錯(cuò)多少效率會(huì)降到多少、功率能夠降到多少。
最后談一下應(yīng)用，我們剛才說(shuō)過(guò)了，在上海EVCard做分時(shí)租賃，這個(gè)月我剛剛問(wèn)過(guò)他有17000多輛車(chē)，分時(shí)租賃每個(gè)車(chē)位都會(huì)有一個(gè)充電樁，使用的情況來(lái)看經(jīng)常有人不充電或者有的時(shí)候充電槍沒(méi)拔就會(huì)開(kāi)走，這個(gè)損失還是挺多的。實(shí)際上他們也希望，他有條件說(shuō)改成一個(gè)無(wú)線充電的方式，這是我們現(xiàn)在在考慮的一個(gè)面向應(yīng)用的情況。從位錯(cuò)（音）情況來(lái)看，剛才改的矩形線圈，我們現(xiàn)在來(lái)看停車(chē)的時(shí)候也做了很多停車(chē)的研究，大家知道前后是很容易調(diào)整的，左右不用你調(diào)整，所以線圈會(huì)是橫著來(lái)放。另外就是前后我們可以加一些檔塊，非常容易的控制他的停的誤差。從應(yīng)用來(lái)講，我現(xiàn)在可以講，我非常確認(rèn)這個(gè)基礎(chǔ)可以用在汽車(chē)上，至于說(shuō)成本是多少或者是其他的到底會(huì)對(duì)人或者趴在上面的貓或者狗造成什么影響，還有很多工作要做。
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審核）
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