特斯拉要做電動汽車無線充電，深度技術(shù)解析

特斯拉最近發(fā)布了即將推出的無線電動汽車充電站的詳細(xì)信息，這一充電站在之前的 Robotaxi 發(fā)布會上已經(jīng)亮相。特斯拉過去對無線充電的興趣不大，但現(xiàn)在隨著 Robotaxi 的推出，顯然已經(jīng)改變了策略。

電動汽車依賴于傳統(tǒng)的有線傳導(dǎo)充電方式，而無線充電技術(shù)（Wireless Power Transfer, WPT）為這一問題提供了全新的解決方案。

通過無線充電技術(shù)，電動汽車能夠擺脫電纜束縛，實現(xiàn)更便捷的能量補(bǔ)給，這一次我們可能找到了無線充電的方案。

Part 1、無線充電技術(shù)基礎(chǔ)

無線充電技術(shù)的發(fā)展，電動汽車無線充電系統(tǒng)逐漸被推向市場，無線充電系統(tǒng)由地面發(fā)射端和車載接收端組成，通過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，并通過地面發(fā)射線圈與車載接收線圈之間的磁場耦合作用，將能量傳遞到車載接收端，再通過電能轉(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。

無線充電不僅消除了電纜連接的繁瑣，還可以通過無線通信方式（如WiFi、藍(lán)牙）實現(xiàn)地面端與車載端的智能交互。根據(jù)不同的能量傳輸方式，無線充電技術(shù)可以分為近距離無線充電和遠(yuǎn)距離無線充電。

●?磁場耦合式無線充電：磁場耦合是目前電動汽車無線充電的主流技術(shù)。

其工作原理類似于變壓器，通過發(fā)射線圈與接收線圈之間的磁場諧振實現(xiàn)能量傳輸。磁場耦合式充電技術(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，基于磁齒輪的無線充電技術(shù)也有所發(fā)展，通過電機(jī)驅(qū)動磁體運動，實現(xiàn)較低頻率下的能量傳輸。

●?電場耦合式無線充電：電場耦合通過兩個分離的極板形成電容，傳遞電能。

盡管電場耦合具有實現(xiàn)高頻率和高效能量傳輸?shù)臐摿?，但由于空氣?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汽車領(lǐng)域的應(yīng)用較少。

遠(yuǎn)距離無線充電利用射頻、微波或激光傳輸電能，理論上可以實現(xiàn)數(shù)米甚至更遠(yuǎn)的充電距離，微波方式通過定向天線傳輸能量，可實現(xiàn)一對多設(shè)備同時充電，遠(yuǎn)距離無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。

電動汽車無線充電系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于其便利性和自動化潛力，特別是在公共交通和共享車輛領(lǐng)域，車輛可以通過駐車或行駛時的地面感應(yīng)裝置進(jìn)行自動充電，省去了人工插拔電纜的操作，現(xiàn)在我們找到了L4級別自動駕駛電動汽車的補(bǔ)能方式。

無線充電的主要優(yōu)勢在于簡化了充電過程。盡管給汽車充電并不是特別困難或耗時的任務(wù)，但特斯拉認(rèn)為，隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，無線充電將變得更加重要。

如果汽車可以自動駕駛，那么 Robotaxi 回來以后，能夠自行充電而無需人工干預(yù)將是非常方便的，早期的無線充電技術(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剩蠹s為95%。

特斯拉新視頻展示了無線充電板的工作情況，充電速率達(dá)到25千瓦，這個速度不如特斯拉超級充電網(wǎng)絡(luò)的直流快速充電，但已經(jīng)超過了典型的交流充電。

Part 2、電動汽車無線充電的系統(tǒng)構(gòu)成

電動汽車無線充電系統(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，再通過發(fā)射線圈生成磁場，

●?車載端通過接收線圈將磁場能量還原為電能并傳輸至電池。

無線充電系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮多個因素，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，無線充電系統(tǒng)還需具備異物檢測、活物檢測、引導(dǎo)對齊等輔助功能。這些技術(shù)確保了充電過程的高效、安全。

實現(xiàn)高效、安全的電能傳輸是電動汽車無線充電技術(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，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)定運行。

隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，無線充電系統(tǒng)還需與智能泊車系統(tǒng)相結(jié)合，以實現(xiàn)車輛的自動對齊和精準(zhǔn)充電。

無線充電技術(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，技術(shù)的發(fā)展方向主要集中在以下幾個方面：

●?提高能量傳輸效率：通過改進(jìn)磁耦合設(shè)計和采用新型半導(dǎo)體器件，這塊問題不大。

●?標(biāo)準(zhǔn)化：統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議將有助于實現(xiàn)不同設(shè)備間的兼容性，推動無線充電技術(shù)的大規(guī)模推廣，這塊問題也不大。

●?安全性與電磁輻射：未來的無線充電系統(tǒng)需進(jìn)一步優(yōu)化電磁兼容設(shè)計，確保其對周圍環(huán)境和人體的安全。

當(dāng)然現(xiàn)在最大的可能可能需要對齊和引導(dǎo)，找到位置才能好的處理。

通過車載攝像頭和傳感器采集周圍環(huán)境的圖像數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)，然后實時規(guī)劃泊車路徑并開始泊車。

在泊車過程中，系統(tǒng)實時計算發(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)送給電動汽車。

電動汽車接收到位置偏移矢量后會暫停泊車。當(dāng)接收到的位置偏移矢量在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)不發(fā)生變化時，系統(tǒng)重新規(guī)劃泊車線路并繼續(xù)泊車。

當(dāng)車輛到達(dá)目標(biāo)位置后，再次暫停泊車，并判斷泊車位置是否滿足無線充電需求。

通過在泊車過程中根據(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泊車。

小結(jié)

特斯拉的L4 級別的車輛對無線充電技術(shù)看來是比較剛需的。