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圖2 電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)發(fā)展歷程
圖3 第一個(gè)道路供電汽車專利
約100年后,由于20世紀(jì)70年代的石油危機(jī),電動(dòng)汽車受到研究人員越來(lái)越多的關(guān)注 。1976年由勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了第一套道路電動(dòng)汽車(Roadway Powered Electric Vehicle, RPEV)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)用于驗(yàn)證該項(xiàng)技術(shù)的可行性,實(shí)現(xiàn)了8kW的無(wú)線能量傳輸 。1979年圣巴巴拉電動(dòng)巴士項(xiàng)目啟動(dòng),開(kāi)發(fā)了另一套R(shí)PEV樣機(jī) 。
之后在1992年,加州大學(xué)伯克利分校在先進(jìn)交通和公路項(xiàng)目(PATH)中開(kāi)發(fā)了第一套完整的用于巴士的RPEV 系統(tǒng),如圖4所示 。實(shí)現(xiàn)了在7.6cm傳輸距離下60kW的輸出功率,效率達(dá)到60% 。但由于較高的建設(shè)成本(約1M$/km)、沉重的線圈、較大的噪聲、上千安的大電流、較低的效率、較小的傳輸距離以及較弱的橫向側(cè)移能力,該系統(tǒng)并未能商業(yè)化 。
圖4 第一套用于電動(dòng)巴士的RPEV系統(tǒng)
在此之后,更多的研究團(tuán)隊(duì)加入RPEV的開(kāi)發(fā)中,該技術(shù)得到飛速發(fā)展 。新西蘭奧克蘭大學(xué)從1988年起開(kāi)始研究無(wú)線供電技術(shù),在2002年提出了用于電動(dòng)單軌列車的動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng) 。隨后分別提出了三相蜿蜒型、雙相長(zhǎng)導(dǎo)軌型、DD陣列型等不同的系統(tǒng)方案 。
同時(shí)還提出了多種應(yīng)用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的磁耦合機(jī)構(gòu)線圈方案和磁心結(jié)構(gòu),得到了廣泛應(yīng)用 。該團(tuán)隊(duì)還提出了由多個(gè)小功率線圈組成的RPEV系統(tǒng)方案,單個(gè)長(zhǎng)度比車輛長(zhǎng)度小很多來(lái)避免無(wú)車輛時(shí)不必要的供電,基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示 。但該方案待考慮的內(nèi)容還很多,如控制復(fù)雜性、實(shí)施方案以及建設(shè)成本等 。
圖5 奧克蘭大學(xué)系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)示意圖
從2009年起,韓國(guó)高等科學(xué)技術(shù)研究院(Korea Advanced Institute of Science and Technology,KAIST)領(lǐng)導(dǎo)的在線電動(dòng)汽車(On-Line Electric Vehicles,OLEVs)項(xiàng)目在RPEV的研究和商業(yè)化中取得了大量先進(jìn)成果 。至今已經(jīng)開(kāi)發(fā)了五代OLEVs系統(tǒng),在多個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試和商業(yè)化運(yùn)行,如圖6所示 。該團(tuán)隊(duì)在高頻逆變器、低電磁輻射特性、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、磁耦合機(jī)構(gòu)等方面展開(kāi)了大量研究 。
圖6 韓國(guó)OLEV建設(shè)情況
龐巴迪團(tuán)隊(duì)自2010年開(kāi)始對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā),主要用于有軌電車和公共汽車的無(wú)線充電 。位于德國(guó)奧格斯堡的PRIMOVE有軌電車實(shí)現(xiàn)了傳輸距離6cm下250kW的功率輸出,如圖7所示 。高通公司于2017年在法國(guó)凡爾賽建設(shè)一套輸出功率20kW的RPEV系統(tǒng),充電時(shí)車速達(dá)到100km/h,如圖8所示 。
圖7 龐巴迪PRIMOVE無(wú)線充電有軌電車
除此之外,國(guó)外還有多家研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)在RPEV的研究和應(yīng)用上開(kāi)展了大量工作 。美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)自2011年開(kāi)始對(duì)RPEV展開(kāi)研究,實(shí)現(xiàn)了2.2kW 的功率傳輸,效率為74% 。韓國(guó)鐵路研究院(KRRI)自2012年起開(kāi)發(fā)高速列車的動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng),在5cm傳輸距離下實(shí)現(xiàn)了820kW的輸出功率,效率達(dá)到83%,測(cè)試時(shí)列車時(shí)速為10km/h 。
西班牙恩德薩研究團(tuán)隊(duì)自2013年起參與了交通運(yùn)營(yíng)和道路感應(yīng)應(yīng)用車輛倡議聯(lián)盟項(xiàng)目(VICTORIA),采用三重充電技術(shù),包括傳統(tǒng)的插電式充電和靜態(tài)、動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù) 。2014年在西班牙馬拉加公交線路上部署了最大功率50kW的RPEV系統(tǒng) 。
圖8 高通動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)
國(guó)內(nèi)在動(dòng)態(tài)無(wú)線供電技術(shù)領(lǐng)域的研究起步相對(duì)較晚,但近年來(lái)發(fā)展速度較快 。重慶大學(xué)于2003年開(kāi)始研究動(dòng)態(tài)無(wú)線供電技術(shù),2016年與南方電網(wǎng)合作建設(shè)完成國(guó)內(nèi)第一條動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)示范線路,如圖9所示 。線路長(zhǎng)100m,最大輸出功率為30kW,效率為75%~90% 。
圖9 重慶大學(xué)電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)示范道路
江蘇同里新能源小鎮(zhèn)于2018年建設(shè)了世界首條“三合一”電子公路,如圖10所示 。實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電、動(dòng)態(tài)無(wú)線充電以及無(wú)人駕駛?cè)?xiàng)技術(shù)的融合應(yīng)用 。重慶大學(xué)、東南大學(xué)等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)了其中的電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電系統(tǒng) 。

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