美国能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人员成功演示了首次向轻型电动汽车传输270千瓦无线电力的过程。此次演示使用了保时捷Taycan,并与大众汽车集团(Volkswagen Group of America)合作,使用了ORNL开发的多相无线充电系统。这一成就超过了 ORNL 最近的 100 千瓦无线充电演示,是快速无线充电领域的又一突破。
"能源部车辆技术办公室负责电网和充电基础设施的技术经理Lee Slezak说:"在过去的三个月里,ORNL车辆电力电子和电力驱动研究团队创造了令人印象深刻的无线充电世界纪录。"这些成就将进一步加快电动汽车在美国的普及"。
作为一款轻型乘用车,保时捷 Taycan 很难配备传统的大型、重型无线电力传输系统。由于空间、重量和体积的限制,车辆无法支持充电硬件。现有的轻型车辆无线充电系统目前正在开发中,功率可达 11 千瓦,效率高达 92%。目前的行业标准涵盖了最高 20 千瓦的功率水平。
ORNL发明的向保时捷传输电力的系统使用了直径略大于19英寸的轻型多相电磁耦合线圈,可以在尽可能小的线圈中实现更高的功率密度。这一过程与小型消费设备的无线充电类似,但多相线圈独特的几何形状和设计可以利用线圈相绕组产生的旋转磁场来提升功率,从而实现极高的功率传输。充电系统与汽车底盘无缝集成。
"为保时捷 Taycan 研究车设计的接收线圈与现有系统相比,功率密度可提高 8 到 10 倍,"ORNL 车辆电力电子组组长兼保时捷演示项目首席研究员奥马尔-奥纳尔(Omer Onar)说。"按千瓦重量计算,这也是世界上最轻便的充电系统"。
功率密度在无线充电中非常重要,因为它表明相对于系统的尺寸,系统可以处理多少功率。我们的目标是用更小、更紧凑的系统实现更高的功率密度,以提高整体效率和性能。ORNL的系统可以在10分钟内实现充电状态提高50%,效率超过95%。电力传输是在地面与安装在车辆底部的线圈之间 4.75 英寸的间隙中进行的。
此次270千瓦的示范项目标志着ORNL和大众汽车于2021年宣布的美国能源部资助项目的完成。ORNL的研究团队利用大众汽车在车辆集成方面的专业知识,在一辆电动汽车上测试了新的无线充电概念,目标是通过一种专注于旋转电磁场的新设计,开发出最高功率密度的无线充电系统。这些场通过降低电压和消除线圈相绕组之间的电流波纹和场抵消来提高效率。