Yujing Liu教授展示了适用于电动渡轮、卡车和公交车充电的500千瓦感应充电系统。DC-DC的效率可以达到98%。它每2平方米传输500千瓦，地面垫和机载垫之间有15厘米的气隙。来源：查尔默斯理工大学

查尔默斯大学的研究人员开发了一种感应技术，可以在没有人力或机械臂帮助的情况下进行电池充电。这项技术也非常完善，很快就能向工业界展示。

一种基于碳化硅的新型半导体。还有一种新开发的铜线，细得像人的头发。这些因素突然使通过空气传输高功率变得更加现实。

感应充电是一个新事物

电动牙刷已经有几十年的历史了。近年来，手机和其他便携式电子产品已经掌握了这项技术。但由于电动汽车的电池充电需要高功率，到目前为止，无线选项似乎过于复杂且无效。

然而，在需要经常充电且环境要求很高的情况下，即使是在电池汽车的情况下——感应充电现在似乎也面临着突破。例如，电动城市渡轮。

无人机手臂充电

这意味着，在哥德堡和斯德哥尔摩可以找到定期穿越城市水道的电动渡轮，不需要人或机械臂的帮助来给电池充电。这同样适用于工业、采矿和农业中使用的城市公交车或无人驾驶电动汽车。

查尔默斯大学电气工程系电力教授Yujing Liu特别关注可再生能源转换和交通系统电气化。

“你可以在码头上安装一个系统，在乘客上下车的同时，在某些站点为渡轮充电。充电是自动的，完全不受天气和风力的影响，每天可以进行30-40次。这可能是最明显的应用，”他说。

“即使是未来的电动卡车，也可能有潜在的应用。因此，其动机是这些卡车必须用如此高的功率充电，以至于充电电缆变得非常厚和重，因此很难处理。”

碳化硅半导体发展带来了新的可能性

Yujing Liu表示，正是近年来少数零部件和材料的快速发展为新的可能性打开了大门。

“一个关键因素是，我们现在可以获得基于碳化硅的高功率半导体，即所谓的SiC组件。作为电力电子产品，这些产品上市才几年。与经典的硅基组件相比，它们使我们能够使用更高的电压、更高的温度和更高的开关频率，”他说。

这一点很重要，因为正是磁场的频率限制了给定尺寸的两个线圈之间可以传输的功率。

高出四倍的频率

“以前的车辆无线充电系统使用的频率约为20kHz，很像普通的炉灶。它们变得笨重，能量传输效率不高。现在我们使用的频率高出四倍。然后感应突然变得有吸引力，”Yujing Liu解释道。

他补充说，他的研究小组正在与世界领先的SiC模块制造商保持密切联系，这两家公司分别位于美国和德国。

“有了它们，产品的快速开发将朝着更高的电流、电压和效果发展。每两三年就会推出一个新版本，它可以承受更多的电流。这些类型的组件是重要的推动者，在电动汽车等领域有着广泛的应用，因此不仅用于感应充电。”

最近的另一个技术飞跃涉及线圈中的铜线，它们分别发送和接收振荡磁场，从而形成穿过气隙的能量流的实际桥接。在这里，目标是使用尽可能高的频率。

Yujing Liu说：“如果用普通铜线绕成线圈，它就无法工作，在高频下会导致非常大的损耗。”

取而代之的是，线圈现在由编织的“铜绳”组成，由多达10000根铜纤维组成，每根只有70到100微米厚，就像一缕头发。

这种适用于高电流和高频率的所谓编织线也是在最近几年才商业化的。

Yujing Liu强调的第三个例子是一种新型电容器，用于增加无功功率，这是线圈能够建立足够强大磁场的先决条件。

他强调，电动汽车充电包括直流电和交流电之间以及不同电压水平之间的几个转换步骤。

他解释道：“所以，当我们说我们已经实现了从充电站的直流电到电池98%的效率时，如果你不仔细定义测量值，这个数字可能没有多大意义。”

“但你也可以这样说：无论你使用普通的导电充电还是借助感应充电，都会发生损耗。我们现在所达到的效率意味着感应充电的损耗几乎可以和导电充电系统一样低。差异如此之小，在实践中可以忽略不计，大约只有1%或2%。”

数字吸引眼球

他补充说，他的研究小组发表的研究结果引起了很多关注。

“就这一功率级别的效率而言，我们可能是世界上最好的，在150到500千瓦之间。”

但他并不认为感应充电最终会取代电缆充电。

我自己开电动汽车，看不出我将来会对感应充电有任何用处。我开车回家，插上电源……没问题。”

无线充电是一种比普通充电更可持续的技术吗？

Yujing说：“人们可能不应该声称这项技术本身更具可持续性。但它可以使大型车辆更容易实现电动化，从而加快逐步淘汰柴油动力渡轮等。”

关于感应充电的事实

使用感应充电意味着电流可以在短距离内传输，例如通过空气、水和其他非金属材料，而无需任何接触或导体。

其原理与许多厨房中使用的电磁炉相同。通过线圈的高频交流电产生振荡磁场。

但与烹饪不同的是，在烹饪中，热量的产生是关键，感应充电意味着车上的第二个线圈捕获磁场中的能量，并将其再次转换为交流电，经过整流后，可以为电池充电。

过程中产生的热量意味着要转移的部分能量会损失。因此，尽可能减少加热是技术开发的一个重要目标。