電動車無線充電：如何接連磁共振方式（一）" height="383" src="http://files.chinaaet.com/images/20110830/5dc9e7d1-0bc2-4d6c-981c-74d2b9c17dd6.jpg" width="440" />
昭和飛機工業正在開發為電動汽車（EV）和電動巴士等供應大容量電力的無線供電系統。本文將介紹以巴士為中心推進的在行駛中供電的無線充電系統。
目前電動汽車（EV）大部分都采用接觸式充電器，但接觸式充電器用起來有諸多不便。使用家用電源的普通充電器雖然不太難用，但快速充電器則存在著連接器既大又重，而且難插拔等操作方面的困擾。此前也有致力于提高操作性的產品，例如采用美國SemaConnect公司自動充電器和本田機器人手臂的充電器等，但這些產品都會增加成本。
另外，接觸式充電器還存在安全和維護方面的問題。安全方面，雖然一般不會發生觸電和漏電等現象，但用戶在雨中插入連接器時會有擔心。維護方面，由于接點會出現污漬和磨耗等，需要頻繁進行檢查和部件更換等作業。
昭和飛機工業正在開發為電動汽車（EV）和電動巴士等供應大容量電力的無線供電系統。本文將介紹以巴士為中心推進的在行駛中供電的無線充電系統。
目前電動汽車（EV）大部分都采用接觸式充電器，但接觸式充電器用起來有諸多不便。使用家用電源的普通充電器雖然不太難用，但快速充電器則存在著連接器既大又重，而且難插拔等操作方面的困擾。此前也有致力于提高操作性的產品，例如采用美國SemaConnect公司自動充電器和本田機器人手臂的充電器等，但這些產品都會增加成本。
另外，接觸式充電器還存在安全和維護方面的問題。安全方面，雖然一般不會發生觸電和漏電等現象，但用戶在雨中插入連接器時會有擔心。維護方面，由于接點會出現污漬和磨耗等，需要頻繁進行檢查和部件更換等作業。
與此相比，非接觸式無需進行線纜的插拔操作，充電時的安全性方面問題更少，還能降低維護需要的成本（圖1）。因此，昭和飛機工業目前正開發即便在雨中也可安全充電的非接觸式充電系統。
圖1：非接觸式充電方便使用
非接觸式無需線纜插拔操作，除了安全性出色外，還可降低保養成本。
汽車用途有三種方式
提起無線供電系統，一般會被誤認為是插座廠商的工作，但我們認為它是充電器廠商的工作之一。汽車用途的無線供電并非像家用插座那樣通過交流（AC）傳輸交流（AC）電力，而是整流AC轉換為直流（DC）后，向遠處供電（圖2）。
圖2：無線供電系統本身就是充電器
無線供電系統可以說是向遠處位置供電的充電器。
面向汽車用途的無線供電大致有三種方式：①電磁感應方式、②電波方式、③磁共振方式（表1）注1）。其中①利用的是線圈間產生的電磁感應的方式。從19世紀開始就存在，是已經成熟的技術。特點是從微小電力到100kW以上的大電力均可高效傳輸，已經實際應用于多種設備。不但在汽車用途方面推進了開發，在輕軌等方面也有很多開發事例。電磁感應方式有使一次線圈和二次線圈正相對的靜止式充電系統和配備移動一次線圈供電位置的軌道的移動式充電系統（圖3）。
圖3：電磁感應方式大致可分為靜止式和移動式
有線圈之間正相對的靜止式和可延伸一次線圈作為供電線的移動式。
注1）此外，還有村田制作所等開發的電場耦合方式。
靜止式方面，三洋電機已經面向任天堂的家用游戲機“Wii”銷售可無線供電的底座與充電電池套件。移動式方面，加拿大龐巴迪（Bombardier）的Transportation部門開發出了在供電線上一直供電的電車用無線供電系統，2010年11月開始在德國推進實用化。
磁共振方式的發布接連不斷
②的電波方式為接收微波等電波，與天線合為一體的整流電路直接將電波轉換為直流。通過縮小電波的波束，可實現長距離大電力傳輸。從宇宙空間的人造衛星向地面供電的太陽能發電衛星（SPS）計劃目前正在日美兩國之間進行討論。
在汽車領域，三菱重工業在新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的協助下，開發出了微波充電系統。采用與微波爐相同的2.45GHz電波發生裝置“磁控管”，可經由“整流天線”向車輛地板下方傳輸1kW的電力。不過，目前電力傳輸效率還不高。
③的磁共振方式方面，2007年6月美國麻省理工學院（MIT）發布了利用共振電路之間的共振現象，向2m遠的距離傳輸60W電力的無線供電系統。之后，眾多企業和研究機構等相繼進行了發布。
關于最讓人關注的效率問題，美國WiTricity在輸出功率為3.3kW、傳輸距離為20cm的情況下使綜合效率達到了90％。此外，長野日本無線在輸出功率為1kW、傳輸距離為30cm的情況下，使功率放大器和電池間的效率實現了88％ 注2）。（未完待續，特約撰稿人：高橋俊輔，昭和飛機工業IPS及EV事務室技師長）
注2）本文中的無線供電系統的“效率”在沒有特別標注時指線圈間的電力傳輸效率。
電動汽車如何應用無線充電技術？
無線充電在電動汽車方面的應用
無線充電如何應用到電動汽車方面呢？下面，我們將通過對充電地點、充電方式、充電電池的簡單研究分析，最終提出無線充電在電動汽車上的具體應用方法。
首先，充電地點的選擇。無線充電技術對充電器、被充電設備的距離和狀態有關，也就是說，二者之間的距離不能太大，且二者之間沒有相對運動，否則就無法穩定和有效的傳輸電力。因此充電的位置只能是汽車停留的地點，即車庫、停車場、路口等位置，公車的充電裝置還可以設置在公交網站。當然，條件允許的地方或高速公路旁還可以專門設置充電站，方便車輛的充電。
其次，充電方式的選擇。從三種充電方式中可以看出，電磁感應充電所需要的距離太小，無線電波充電的效率太低，而電磁共振充電的距離、效率都能滿足蓄電池汽車的需要。
最后，對充電電池的選擇。電動汽車在城市中隨時都會進行充電，因此必須要選擇無污染且沒有記憶效應的蓄電池進行充電。
經過比選，我們對無線充電在電動汽車的應用上有了比較清晰的思路：一方面在道路及建筑工程建設中，由電力供應單位根據規劃圖事先在路口、公共停車場的車位元、單位或社區的停車位元和車庫下面預埋無線充電的充電器，并做好充電器與電網或太陽能電池板連接；另一方面，汽車生產廠家要在汽車底部安裝無線充電的接收裝置，并與蓄電池等設備連接；另外，國家相關部門要統一發射、接收信號的頻率，使其能夠通用。
無線充電技術在應用發展中應注意的問題
1.國家要出臺相應的政策，鼓勵、扶持并規范無線充電汽車的發展和充電設施的建設。一個行業或企業，尤其是利國利民的行業或企業的發展，離不開國家的扶持。無線充電是一個剛剛起步的領域，其有效的發展可以很大程度上解決電動汽車發展的一個瓶頸，但由于對其研發的投資巨大，這就更需要國家進行鼓勵和扶持，以加快其研發進程，使其盡早得以應用。
2.無論最終采用何種方式充電、采用何種蓄電池，國家及各地方有關部門都要對其頻率、安全、環保、節能等方面進行研究，避免浪費、避免對人體健康產生不良影響、避免對環境造成新的污染，同時要宣傳到位，避免人們對電磁的恐懼心理。
3.在實際中，由于發射端置于地下，要注意對其的保護。
4.在雨水較多的地區，除對地下設施的防水外，車輛接收端的防水處理也是一個需要考慮的問題。