- 研究團隊開發出 20 kW 級無線充電系統，效率達 98.51%。
- 新技術旨在消除自駕電動車對手動充電的依賴。
- 團隊使用鐵基納米晶合金解決過熱問題，提升充電效率。
- 該技術可應用於多種自動化交通工具，推向商業生產。
來自中國和英國的聯合研究團隊已開發出一款 20 kW 級無線充電系統，專為新能源汽車設計，突破了感應電力傳輸中的關鍵熱量和效率障礙。這款 20 千瓦的無線充電系統達到了前所未有的 98.51%效率。此研究由中國科學院（CAS）下屬的東莞材料科學與技術研究院主導，並與中國科學院物理研究所、香港城市大學及劍橋大學合作進行。
自駕車的充電挑戰
隨著自駕電動車能夠在複雜的道路上行駛，但當需要手動插頭充電時，這些車輛的自主性便會受到限制。這種對人類的依賴對於完全自動化的交通造成了重大挑戰。因此，新開發的自動無線充電技術旨在消除這一限制，使自主車隊能夠在無需人為幹預的情況下運行和加油。
一般的無線充電墊主要使用重型鐵氧體核心來引導磁場。雖然鐵氧體在低功率下表現良好，但當功率提升以快速為汽車充電時，該材料會產生過熱、效率下降和功率密度受限的問題。研究人員通過使用應力退火的鐵基納米晶合金以及材料系統聯合設計來解決這一問題。團隊指出：「我們報告了一種利用鐵基納米晶合金的感應充電系統，該系統是通過材料和系統層級的優化共同開發的。」
工程師在設計上做出了一個驚人的選擇，選擇適度的磁導率而非最大值，以平衡系統性能。這一策略使得開發出一款尺寸為 440 mm x 330 mm、厚度僅為 4 mm 的緊湊磁核心條。所產生的材料在處理高功率密度方面的性能達到標準鐵氧體板的一半。
研究人員應用了專門的應力退火工藝，並結合線圈對齊的層壓來優化核心結構。這些技術成功地將核心能量損失降低至 135 kW/m³，在 85 kHz 和 0.2 T 的測試條件下。根據研究，該系統在其線圈和核心中提供 98.51%的交流到交流轉換效率，並且其體積功率密度達到 9.55 kW/L。它還在高功率運行週期中保持可靠的熱穩定性。研究指出：「集成材料和電氣設計促進了支持自主車輛和電動出行的感應充電系統的發展。」
技術的商業化潛力
自動駕駛需要自動加油。若沒有免手動充電，完全自動的機器的士車隊仍然是一個美好的願景。這一技術專為中國雄心勃勃的五年計劃（2026-2030）而設，該計劃針對到 2030 年在主要城市高速公路和快速路上實現廣泛商業化的自主駕駛。汽車僅僅是開始。東莞材料科學與技術研究院已將原型推向商業生產。除了乘用電動車外，該技術還針對工廠中的工業自動導引車（AGV）、重型鐵路交通，甚至低空電動飛機。
透過更快的速度、更薄的輪廓和更低的運行溫度，這支中英聯合團隊為一個機器可以在背景中輕鬆自我充電的世界鋪平了道路。該研究最近發表於《自然通訊》期刊上。
項目 規格 充電功率 20 kW 效率 98.51% 體積功率密度 9.55 kW/L 核心能量損失 135 kW/m³ 測試頻率 85 kHz 測試磁場強度 0.2 T
無線充電技術對自駕車的影響
隨著自駕電動車的發展，無線充電技術的突破對於提升其自主性至關重要。這項新技術不僅解決了傳統充電方式的限制，還能在不干預的情況下支持自主車隊運行。透過應用先進材料和設計，研究團隊成功降低了能量損失，顯示出其在高功率運行中的可靠性。這對於未來的交通系統，尤其是自動駕駛車輛的商業化，具有重要的推動作用，並可能改變我們對交通工具充電的認知。