无线充电的概念可以追溯到 1890 年代,当时 Nikola Tesla 通过使用交流电场点亮未插电的荧光灯让观众大开眼界。从那时起,这个概念就显示出为车辆无线充电的前景,瑞典目前正在开展一个本地化项目。
迄今为止最受关注的概念是使用沿道路现有电流产生的交变磁场。这种方法的主要问题是磁场笨拙,必须对其进行控制以防止它们伤害乘客或加热路上的钢筋。同时,用于引导磁场的材料铁氧体易碎、昂贵,并且在磁场快速变化时会损失大量能量。
康奈尔大学工程学院电气和计算机工程副教授KhurramAfridi设计了一种解决方案,以解决受空间通信启发的这些问题。无线功率传输基于用于通过无线电波向深空航天器发送信息的相同基础物理学,例如航海者号。除了现在,我们在更短的距离内向移动的车辆发送更多的能量。
1995 年,该项目研究负责人Afridi与 NASA 的喷气推进实验室合作,作为设计 SURFSAT 1 卫星的 8 GHz 和 32 GHz 发射器的团队的一员,这是该航天局开创性的卡西尼号的前身卫星项目。Afridi转而研究电力电子学,它以低的多的频率工作,同时处理更高的功率水平。对于无线充电道路的新方法,Afridi基本上采用了 Nikola Tesla 的原始无线充电展示,使用更高的频率和功率。
对于他们的方法,Afridi和他的团队设想司机在驾驶时将车道变到特别指定的充电车道。研究人员团队设计了一个系统,该系统利用放置在地面上的成对绝缘金属板。它们通过匹配网络和高频逆变器连接到电源线。
这些板产生振荡电场,吸引和排斥附着在移动车辆底部的金属板上的电荷。然后驱动和整流高频电流,通过车辆上的电路,为车辆电池充电。
由于容易获得的电压产生的电场很弱,Afridi和他的团队提高了他们系统的电压并在非常高的频率下运行以实现更高的功率传输。
他们的系统不需要铁氧体等材料,并且可以在更高的频率下运行。它也更小、更轻、更容易嵌入道路,使其成为比磁场概念更可行的选择。
致力于全球无线充电道路基础设施
Afridi和他的团队的工作还处于概念阶段,广泛采用的无线充电道路绝不是必然的。最近的另一个道路基础设施提案,太阳能电池板道路,是一个大规模的工程失败,至少目前是这样,几个大型太阳能道路项目未能实现其既定目标。
Afridi称,这种新的无线充电方法可以先在交通繁忙的道路上进行测试,也可以在城市的特定道路上进行测试,然后再大规模使用。他的团队目前正与Toyota Material Handling North America合作,为叉车和物料搬运移动机器人开发无线充电。如果他们的项目兑现了承诺,它可以用来为未来的自动驾驶汽车提供全天候的动力,包括自动驾驶送货卡车和仓库机器。该系统还将通过大大提高全球电动汽车的效率,从而帮助各国应对气候变化。