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随着新能源汽车产业的迅猛发展,电动汽车的充电技术得到越来越多的关注。传统的传导式充电系统,由于天然存在导电点外露,安全隐患无法完全避免,且传导式充电要依赖人工插拔,无法做到充电的自动化智能化。日渐成为新能源汽车产业发展的制约因素。
电动汽车无线充电(WPT-EV)能够完全绝缘,杜绝了安全隐患。搭载WPT-EV的电动汽车能够随停随充也让充电能够实现自动化智能化。这些优势让WPT-EV近年来得到了快速的发展。各知名车厂宝马、奥迪、保时捷及国内的上汽、北汽、广汽和长安等都先后发布了搭载WPT-EV的新能源汽车。国内主流的WPT-EV无线充电技术公司像中兴、华为、安洁无线及万安亿创等也都积极投入该技术的开发。
顺应技术发展的需要,WPT-EV的使用频段也被提上了议事日程。2015年世界无线电大会(WRC 15)就将该任务纳入紧急研究课题,并在2019年世界无线电大会进行了讨论。
2019年10月,ITU国际电信联盟发布了ITU-R SM.2110-1 Guidance on frequencyranges for operation of non-beam wireless power transmission for electricvehicles 建议书。建议书中说明将分配给WPT-EV两段高功率候选频段19kHz-21kHz、55kHz-65kHz,一个中功率候选频段79kHz-90kHz。
中功率候选频段79kHz-90kHz可以满足最大22kw的充电功率,目前无线充电厂家重点开发的7kw、11kw系统都采用了这个频段。
频率的选择,除了要考虑能量传输能力外,如何避免对广播的干扰也是个至关重要的因素。WPT-EV厂家普遍倾向于采用定频模式,以最小化对广播干扰的风险,定频的方案也得到了各地区广播联盟的认可。
那具体选哪个频率点比较合适呢?
不同地区的中波广播的载波频率有差异,对欧洲和亚洲地区载波频率为9kHz的整数倍,美洲大陆的载波频率为10kHz的整数倍。在79-90 kHz这个范围内,和欧洲和亚洲广播系统有关的频段是72kHz ~ 81kHz和81kHz ~ 90kHz;和美洲广播系统有关的频段是70kHz ~ 80kHz和80kHz ~ 90kHz。
一段载波频率还会被划分为“下边带LSB”和“上边带USB”,LSB和USB各4.5kHz(欧亚) 或各5kHz(美洲)。音频信息就承载在LSB和USB中。
两个载波波段之间的频点(图中绿色框区域),或者载波的LSB和USB之间的频点(图中黄色框区域)的信噪比要求会低于载波频段内的频点。所以在欧亚地区只要让无线充电的高次谐波频点全部落在9kHz或4.5kHz的整数倍频率内,对广播业务的干扰就很小,对应的点就是81kHz、85.5kHz和90kHz(图中蓝色小圈的点)。美洲地区则要落在10kHz或5kHz的整数倍频率内,也就是是80kHz、85kHz和90kHz(图中黄色小圈的点)。WPT-EV在这些频点下工作,对保护广播有利,无线充电的发射功率也就可以最大化了。
90kHz看起来对欧亚和美洲都适合,但其实选这个频点并不现实。因为这个频点在频段的边缘处,对其他频段可能会带来干扰。如果要使用这个频点,需要做大量的测试验证不说,为避免那些可能产生的干扰,对无线充电系统也必然会提出更高的要求。比如频率的精度可能会被收窄一半,限制在-50Hz/0 Hz, 而在其他频点,精度的要求一般是 +/- 50Hz。
考虑到以上这些因素,目前美洲地区选择了85kHz的频率点,中国所在的欧亚地区选择了85.5kHz的频点。
频段的划分及定频工作点的选定,对于WPT-EV的后续发展提供了必要的保障。电动汽车无线充电WPT-EV的东风已经来了,让我们共同期待持续创新的无线充电技术给我们的生活带来无线自由!