- 研究团队开发出 20 kW 级无线充电系统，效率达 98.51%。
- 新技术旨在消除自驾电动车对手动充电的依赖。
- 团队使用铁基纳米晶合金解决过热问题，提升充电效率。
- 该技术可应用于多种自动化交通工具，推向商业生产。
来自中国和英国的联合研究团队已开发出一款 20 kW 级无线充电系统，专为新能源汽车设计，突破了感应电力传输中的关键热量和效率障碍。这款 20 千瓦的无线充电系统达到了前所未有的 98.51% 效率。此研究由中国科学院（CAS）下属的东莞材料科学与技术研究院主导，并与中国科学院物理研究所、香港城市大学及剑桥大学合作进行。
自驾车的充电挑战
随着自驾电动车能够在复杂的道路上行驶，但当需要手动插头充电时，这些车辆的自主性便会受到限制。这种对人类的依赖对于完全自动化的交通造成了重大挑战。因此，新开发的自动无线充电技术旨在消除这一限制，使自主车队能够在无需人为干预的情况下运行和加油。
一般的无线充电垫主要使用重型铁氧体核心来引导磁场。虽然铁氧体在低功率下表现良好，但当功率提升以快速为汽车充电时，该材料会产生过热、效率下降和功率密度受限的问题。研究人员通过使用应力退火的铁基纳米晶合金以及材料系统联合设计来解决这一问题。团队指出：“我们报告了一种利用铁基纳米晶合金的感应充电系统，该系统是通过材料和系统层面的优化共同开发的。”
工程师在设计上做出了一个惊人的选择，选择适度的磁导率而非最大值，以平衡系统性能。这一策略使得开发出一款尺寸为 440 mm x 330 mm、厚度仅为 4 mm 的紧凑磁核心条。所产生的材料在处理高功率密度方面的性能达到标准铁氧体板的一半。
研究人员应用了专门的应力退火工艺，并结合线圈对齐的层压来优化核心结构。这些技术成功地将核心能量损失降低至 135 kW/m³，在 85 kHz 和 0.2 T 的测试条件下。根据研究，该系统在其线圈和核心中提供 98.51% 的交流到交流转换效率，并且其体积功率密度达到 9.55 kW/L。它还在高功率运行周期中保持可靠的热稳定性。研究指出：“集成材料和电气设计促进了支持自主车辆和电动出行的感应充电系统的发展。”
技术的商业化潜力
自动驾驶需要自动加油。若没有免手动充电，完全自动的机器的士车队仍然是一个美好的愿景。这项技术专为中国雄心勃勃的五年计划（2026-2030）而设，该计划针对到 2030 年在主要城市高速公路和快速路上实现广泛商业化的自主驾驶。汽车仅仅是开始。东莞材料科学与技术研究院已将原型推向商业生产。除了乘用电动车外，该技术还针对工厂中的工业自动导引车（AGV）、重型铁路交通，甚至低空电动飞机。
通过更快的速度、更薄的轮廓和更低的运行温度，这支中英联合团队为一个机器可以在背景中轻松自我充电的世界铺平了道路。该研究最近发表于《自然通讯》期刊上。
项目 规格 充电功率 20 kW 效率 98.51% 体积功率密度 9.55 kW/L 核心能量损失 135 kW/m³ 测试频率 85 kHz 测试磁场强度 0.2 T
无线充电技术对自驾车的影响
随着自驾电动车的发展，无线充电技术的突破对于提升其自主性至关重要。这项新技术不仅解决了传统充电方式的限制，还能在不干预的情况下支持自主车队运行。通过应用先进材料和设计，研究团队成功降低了能量损失，显示出其在高功率运行中的可靠性。这对于未来的交通系统，尤其是自动驾驶车辆的商业化，具有重要的推动作用，并可能改变我们对交通工具充电的认知。