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特斯拉最近發(fā)布了即將推出的無(wú)線電動(dòng)汽車(chē)充電站的詳細(xì)信息，這一充電站在之前的 Robotaxi 發(fā)布會(huì)上已經(jīng)亮相。特斯拉過(guò)去對(duì)無(wú)線充電的興趣不大，但現(xiàn)在隨著 Robotaxi 的推出，顯然已經(jīng)改變了策略。
電動(dòng)汽車(chē)依賴(lài)于傳統(tǒng)的有線傳導(dǎo)充電方式，而無(wú)線充電技術(shù)（Wireless Power Transfer, WPT）為這一問(wèn)題提供了全新的解決方案。
通過(guò)無(wú)線充電技術(shù)，電動(dòng)汽車(chē)能夠擺脫電纜束縛，實(shí)現(xiàn)更便捷的能量補(bǔ)給，這一次我們可能找到了無(wú)線充電的方案。
Part 1、無(wú)線充電技術(shù)基礎(chǔ)
無(wú)線充電技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)逐漸被推向市場(chǎng)，無(wú)線充電系統(tǒng)由地面發(fā)射端和車(chē)載接收端組成，通過(guò)非接觸式耦合傳輸能量。
地面端將電網(wǎng)的工頻交流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，并通過(guò)地面發(fā)射線圈與車(chē)載接收線圈之間的磁場(chǎng)耦合作用，將能量傳遞到車(chē)載接收端，再通過(guò)電能轉(zhuǎn)換裝置將電能傳輸?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%B1%A0/">電池。
無(wú)線充電不僅消除了電纜連接的繁瑣，還可以通過(guò)無(wú)線通信方式（如WiFi、藍(lán)牙）實(shí)現(xiàn)地面端與車(chē)載端的智能交互。根據(jù)不同的能量傳輸方式，無(wú)線充電技術(shù)可以分為近距離無(wú)線充電和遠(yuǎn)距離無(wú)線充電。
●?磁場(chǎng)耦合式無(wú)線充電：磁場(chǎng)耦合是目前電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電的主流技術(shù)。
其工作原理類(lèi)似于變壓器，通過(guò)發(fā)射線圈與接收線圈之間的磁場(chǎng)諧振實(shí)現(xiàn)能量傳輸。磁場(chǎng)耦合式充電技術(shù)的傳輸距離通常在幾厘米至幾十厘米之間，效率較高。
近年來(lái)，基于磁齒輪的無(wú)線充電技術(shù)也有所發(fā)展，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)磁體運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)較低頻率下的能量傳輸。
●?電場(chǎng)耦合式無(wú)線充電：電場(chǎng)耦合通過(guò)兩個(gè)分離的極板形成電容，傳遞電能。
盡管電場(chǎng)耦合具有實(shí)現(xiàn)高頻率和高效能量傳輸?shù)臐摿Γ捎诳諝獾?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/498264.html">介電常數(shù)較小，極板尺寸和傳輸距離的限制使其在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用較少。
遠(yuǎn)距離無(wú)線充電利用射頻、微波或激光傳輸電能，理論上可以實(shí)現(xiàn)數(shù)米甚至更遠(yuǎn)的充電距離，微波方式通過(guò)定向天線傳輸能量，可實(shí)現(xiàn)一對(duì)多設(shè)備同時(shí)充電，遠(yuǎn)距離無(wú)線充電在能量傳輸效率和安全性方面仍面臨巨大挑戰(zhàn)，尚未大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。
電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于其便利性和自動(dòng)化潛力，特別是在公共交通和共享車(chē)輛領(lǐng)域，車(chē)輛可以通過(guò)駐車(chē)或行駛時(shí)的地面感應(yīng)裝置進(jìn)行自動(dòng)充電，省去了人工插拔電纜的操作，現(xiàn)在我們找到了L4級(jí)別自動(dòng)駕駛電動(dòng)汽車(chē)的補(bǔ)能方式。
無(wú)線充電的主要優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化了充電過(guò)程。盡管給汽車(chē)充電并不是特別困難或耗時(shí)的任務(wù)，但特斯拉認(rèn)為，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線充電將變得更加重要。
如果汽車(chē)可以自動(dòng)駕駛，那么 Robotaxi 回來(lái)以后，能夠自行充電而無(wú)需人工干預(yù)將是非常方便的，早期的無(wú)線充電技術(shù)效率較低，但最新的解決方案，如磁共振充電，已經(jīng)能達(dá)到與有線充電相當(dāng)?shù)男?，大約為95%。
特斯拉新視頻展示了無(wú)線充電板的工作情況，充電速率達(dá)到25千瓦，這個(gè)速度不如特斯拉超級(jí)充電網(wǎng)絡(luò)的直流快速充電，但已經(jīng)超過(guò)了典型的交流充電。
Part 2、電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電的系統(tǒng)構(gòu)成
電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)通常采用磁耦合的方式，其主要包括地面發(fā)射端和車(chē)載接收端。
●?地面端負(fù)責(zé)將工頻交流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，再通過(guò)發(fā)射線圈生成磁場(chǎng)，
●?車(chē)載端通過(guò)接收線圈將磁場(chǎng)能量還原為電能并傳輸至電池。
無(wú)線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要考慮多個(gè)因素，如功率傳輸效率、傳輸距離、安全性及電磁環(huán)境等。為了提高系統(tǒng)的可靠性，無(wú)線充電系統(tǒng)還需具備異物檢測(cè)、活物檢測(cè)、引導(dǎo)對(duì)齊等輔助功能。這些技術(shù)確保了充電過(guò)程的高效、安全。
實(shí)現(xiàn)高效、安全的電能傳輸是電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)的核心。在功率變換電路中，高頻逆變和高頻整流技術(shù)是關(guān)鍵，直接影響系統(tǒng)的整體充電效率。
未來(lái)，新型電力電子器件（如SiC、GaN等寬禁帶半導(dǎo)體材料）的應(yīng)用有望進(jìn)一步提升系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率和傳輸功率。系統(tǒng)的控制技術(shù)也是無(wú)線充電的核心之一。
頻率跟蹤、阻抗匹配及功率控制技術(shù)的優(yōu)化能夠確保系統(tǒng)在不同環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。
隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線充電系統(tǒng)還需與智能泊車(chē)系統(tǒng)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自動(dòng)對(duì)齊和精準(zhǔn)充電。
無(wú)線充電技術(shù)仍面臨能量傳輸效率、設(shè)備互操作性和安全性等方面的挑戰(zhàn)。未來(lái)，技術(shù)的發(fā)展方向主要集中在以下幾個(gè)方面：
●?提高能量傳輸效率：通過(guò)改進(jìn)磁耦合設(shè)計(jì)和采用新型半導(dǎo)體器件，這塊問(wèn)題不大。
●?標(biāo)準(zhǔn)化：統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議將有助于實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的兼容性，推動(dòng)無(wú)線充電技術(shù)的大規(guī)模推廣，這塊問(wèn)題也不大。
●?安全性與電磁輻射：未來(lái)的無(wú)線充電系統(tǒng)需進(jìn)一步優(yōu)化電磁兼容設(shè)計(jì)，確保其對(duì)周?chē)h(huán)境和人體的安全。
當(dāng)然現(xiàn)在最大的可能可能需要對(duì)齊和引導(dǎo)，找到位置才能好的處理。
通過(guò)車(chē)載攝像頭和傳感器采集周?chē)h(huán)境的圖像數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，然后實(shí)時(shí)規(guī)劃泊車(chē)路徑并開(kāi)始泊車(chē)。
在泊車(chē)過(guò)程中，系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算發(fā)射線圈和接收線圈之間的位置偏移矢量，并將該位置偏移矢量發(fā)送給電動(dòng)汽車(chē)。
電動(dòng)汽車(chē)接收到位置偏移矢量后會(huì)暫停泊車(chē)。當(dāng)接收到的位置偏移矢量在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)重新規(guī)劃泊車(chē)線路并繼續(xù)泊車(chē)。
當(dāng)車(chē)輛到達(dá)目標(biāo)位置后，再次暫停泊車(chē)，并判斷泊車(chē)位置是否滿(mǎn)足無(wú)線充電需求。
通過(guò)在泊車(chē)過(guò)程中根據(jù)發(fā)射線圈和接收線圈之間的位置偏移矢量暫停和重新啟動(dòng)泊車(chē)。
小結(jié)
特斯拉的L4 級(jí)別的車(chē)輛對(duì)無(wú)線充電技術(shù)看來(lái)是比較剛需的。
