為卡車及巴士提供非接觸充電，沃爾沃等公司開發(fā)出整流天線

　　目前關(guān)于電動(dòng)汽車（EV）無線供電的技術(shù)開發(fā)愈發(fā)活躍。瑞典沃爾沃2012年作為該集團(tuán)的的亞洲研發(fā)基地，在東京成立了沃爾沃科技日本公司，并與豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)分別發(fā)布了無線供電技術(shù)的最新研究成果。

沃爾沃科技日本與日本電業(yè)工作公司的研究小組（上），以及豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)的研究小組（下）

　　目前阻礙EV普及的主要原因之一是配備的大容量鋰離子充電電池價(jià)格太高。鋰電池的成本在EV車輛價(jià)格中占了1/3左右。如果減少配備容量，就會(huì)導(dǎo)致行駛距離縮短。作為解決該課題的方法之一，業(yè)界正在考慮采用無線供電技術(shù)。目的是通過采用充電簡便的無線供電來增加充電次數(shù)，由此相應(yīng)減少充電電池的配備容量。

整流天線的效率高達(dá)約84％

　　沃爾沃科技日本與日本電業(yè)工作公司聯(lián)合開發(fā)出了向4m開外處無線傳輸10kW電力的技術(shù)（圖1）。采用基于微波的無線供電方式。該方式此前存在的一大課題是電力傳輸效率低于電磁感應(yīng)方式及磁共振方式等。此次通過開發(fā)高效“整流天線”縮小了這方面的差距。

圖1 開發(fā)出10kW級高效率整流天線
在京都大學(xué)生存圈研究所的電波暗室內(nèi)，成功進(jìn)行了電力傳輸實(shí)驗(yàn)（a）。開發(fā)的整流天線的輸出功率為每個(gè)約1.3kW，結(jié)合使用了16個(gè)元件（b）。

　　整流天線是將天線（antenna）與整流電路（rectifier）合為一體、將電磁波轉(zhuǎn)換為直流電的器件。日本電業(yè)工作是在整流天線開發(fā)領(lǐng)域擁有較高技術(shù)實(shí)力的企業(yè)。此次開發(fā)出了功率高達(dá)10kW且轉(zhuǎn)換效率約為84％的整流天線。就連在整流天線領(lǐng)域堅(jiān)持長期研究的京都大學(xué)生存圈研究所生存圈電波應(yīng)用領(lǐng)域教授篠原真毅也對該數(shù)字驚奇不已：“以前的最高效率也只有60％左右，達(dá)到80％以上確實(shí)讓人吃驚”。

　　此次開發(fā)的整流天線組合使用了8個(gè)功率約為1.3kW的產(chǎn)品。使用的微波頻率為2.45GHz。

　　沃爾沃集團(tuán)提出了首先將無線供電技術(shù)應(yīng)用于卡車及巴士等商用車的構(gòu)想。“考慮將整流天線安裝在車輛的頂棚上（沃爾沃科技日本代表董事外村博史）。巴士或卡車的頂棚比較平坦，便于安裝整流天線。而且，包括人及動(dòng)物等，異物進(jìn)入空隙的可能性很低。

成功經(jīng)由輪胎供電

　　而豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)的研究小組大力開發(fā)的則是為正在行駛的EV無線供電的技術(shù)（圖2）。主導(dǎo)開發(fā)的該大學(xué)電氣電子信息工學(xué)系波動(dòng)工學(xué)研究室教授大平孝介紹該技術(shù)的意義時(shí)表示，“如果能像電車一樣，從外部供電，就能省去充電的麻煩。而且，還能大幅減小配備的充電電池容量”。

圖2 從路面向車輛無線傳輸電力
豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)開發(fā)出了在道路上鋪設(shè)金屬板為車輛無線供電的方法（a）。通過在道路上的鋁板與鋼絲帶束層之間形成電容來傳輸電力（b）。

　　該研究小組2011年提出了經(jīng)由輪胎傳輸電力的方法。該方法已在超小型汽車上完成原理驗(yàn)證，而此次是首次在汽車輪胎上實(shí)驗(yàn)成功。實(shí)驗(yàn)時(shí)，向視為路面的鋁板通入了約30MHz的高頻電流，點(diǎn)亮了安裝在鋁板上兩個(gè)輪胎之間的白熾燈泡。輪胎為市售產(chǎn)品，未進(jìn)行任何加工。鋁板到燈泡的電力傳輸效率“超過了80％”（大平）。

　　該研究小組采用了名為電場耦合方式的技術(shù)。在道路上鋪設(shè)金屬板，并在與輪胎中的鋼絲帶束層（Steel Belt）之間形成電容，通過通入位移電流（高頻電流）來傳輸電力。

　　值得注意的一點(diǎn)是，直接連接到普通高頻電源時(shí)，幾乎無法向鋼絲帶束層傳輸能量。這是因?yàn)楦哳l電源提供的大部分電力都被輪胎表面反射掉。因此，該小組在電源與輪胎之間插入了LC電路，再次讓高頻電流反射。通過使兩個(gè)反射相位相差180度來相互抵消。

　　豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)計(jì)劃2012年度內(nèi)公開試制單人電動(dòng)車并實(shí)施行駛實(shí)驗(yàn)。實(shí)用化方面，大平充滿信心地表示，“最初將導(dǎo)入行駛地點(diǎn)固定的工廠內(nèi)等。力爭5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)”。