黄崇祺：我们知道现在在汽车行业里面，用在无线充电里面主要是两种基础线路。一个是基于磁感应的短距离的输电技术，主要是以色列已经在公路上进行验证实验。使用的是电磁感应的这么一个技术。
第二个用的，就是基于磁共振耦合的中距离输电技术的原理。最近在美国也发表了更先进的一些技术，在这里面我想无线充电，这个概念图看起来好像并不复杂，从电源到充电器，通过一侧发生线圈的发生，第二个线圈的接收，从交流通过整流变成直流进入汽车。好像看起来比较简单，我今天要谈的是两个线圈，这两个线圈怎么做、用什么材料。
通过建模，通过数字分析，通过实验验证，证明用铜包铝线，用在无线充电里面，它在某一个频段，性能比较好，电阻性能好，电阻一小就好办了，效率也出来了。今天我进一步讲，为什么用铜包铝线有比铜比铝有更好的性能。
中国工程院院士、原上海电缆研究所有限公司副总工程师黄崇祺
一般来说，频率比较低的条件下，铜包铝线的重量要比铝重一点，但是要比铜轻得多。铝作线圈，有它的连接的问题，电阻也大。铜的导电率好，但是总某些方面来说太重了，对电动车来讲是一个不利的条件。这是它的优点之一，但是还不是最大的优点。从这个图上可以看出来，虚线是铜包铝线，实线是铜线，看起来好像铜包铝线的电阻大，但是在高频段就不是。我们看一下用铜包铝线和铜线，在不同的线径下，标称电流密度分布是不一样的。因为外面是铜里面是铝，铜包铝线，它有一个特色，也就是说在高频下具有集肤效应。我们的工频电流下是没有这样的特征。将来铜包铝线要做成线圈产生的邻近效应也会影响到电阻。因此我们考虑线圈在使用，在设计线路的时候，必须要考虑两种效应的叠加后面。这就是和铜和铝的区别。
我们可以看出来，看看损耗密度，刚才讲铝的电阻、铜的电阻和铜包铝线的电阻不一样，就造成了损耗密度不同。这里面的损耗密度看起来好像是高的，铜包铝线比较高。我们再看一个，邻近效应里面可以看出来，它做成线圈以后就有邻近效应了。邻近效应一出来，大概在什么范围之内？就是400kHz左右，到达这个交叉点。在这个频率以下，它的涡流损耗就小了。这意味着什么？发热小了，这是很关键的。
第二个，我们看一下做成线圈以后，综合起来看，到底这个线圈的交流电阻大不大，这是很关键的。刚才讲的一个是铜的交流电阻的影响，两种效应。现在两种效应对于线圈做好以后，影响怎么样。我们看到，也发现一个问题，这里同样有一个交点，我们可以看出，这个频率范围大概也是在400kHz多一点或者是左右。这里的电阻性能就比铜线电阻低，比铝线更低了。通过数字模拟之后的实验结果，基本上是相符的。
后面我们再看，这是验证模型做实验的线圈。它是多层的，铜和铝的频率可以通过调整这个结构来变的，这就将来看我们的磁体的设计的人，线圈设计的人，来讨论这个问题了，包括形状包括结构。从这里可以看出，铜包铝线CCA线，它所做的线圈在15到350kHz下，铜包铝线线圈的交流电阻是低于铜线的，这句话很关键。第二，在60kHz下，铜包铝线的交流电阻只有铜的70%左右。因此，用同样直径的导体绕制的线圈，可以得到30%甚至更低的电阻。这就是这个情况。
综上所述，通过数字分析以后得出下列结论，这个结论也就是指导我们将来怎么设计怎么利用这么一个材料。
第一个结论，在较低的频率下，铜包铝线的涡流损耗是小于铜线的，
这句话很关键，前面已经讲了这个情况。
第二个，铜包铝线的线圈的交流电阻是小于铜线的，前面讲过了。
第三，铜包铝线作为机动车的无线输电的导体是特别有效的。
我们再看看铜包铝线为了要能够用在线圈里面，而且这个线圈随着功率的增大，肯定会发热。那么到底能够发热到多高，我们设计线圈能够达到什么样的水平，下面进一步来分析。第一个，铜包铝线还有一个稳定的问题，关键的关键就在于铜和铝的过渡层上产生了一个脆性层，是造成质量不稳定质量不好的原因。经过研究发现，这个过渡层不仅有Al2Cu、Al2Cu3，还有Al2Cu9，都是影响脆性的。我们为了提高性能，就需要减薄过渡层的厚度。这是制线的企业，包括使用线的企业，需要关心的。
进一步，在现有的条件下铜包铝线如果用在汽车里面去做线圈。这个情况下可以用到多少温度，我们做了不同的热循环的热疲劳试验。我们看到200度下，这条曲线基本上是平稳的。但是到了250度，这个曲线就不对了，b这条线快速下降，300度下降得更快。也就是我们可以做200度下的长期使用。当然，下一步还要改进。下一步的改进，为了达到更好的稳定性能，可能我们需要采取新的制造工艺制造的装备，使得过渡层比较薄，不容易发生不好的结果。
因此为了做这个事情，我们就要从原材料本身，做线的原材料本身，包括我们制造复合线的装备，包括我们还要用新的工艺，等温包覆的办法提高结合率，减薄过渡层。这方面如果将来要应用，用在电动汽车里面，那这些问题是要进行推进的工作。
最后我给大家介绍几个东西，就是美国高通公司，这方面是水平很高的，搞电动汽车的无线输电是做得最快的。它现在已经把它的软件加入生产过程，给欧洲多个企业装上了。根据2016年的高通公司的内部通告，2018年S550E，奔驰的电动汽车，将推出无线输电。从资料看，它采用了磁共振耦合充电系统，一个线圈在地上，一个线圈在车上。它的概念图看起来非常简单，这边是一个高压电池，这个地方是线圈，发射和接收的地方。报告里说，这个优点是可以使电能快速安全的充到汽车的电池组里面去。这里面特别引人关注的一点是，这里面说电能的传输效率，高通Halo技术可以达到额定功率的90%。这一改进使无线充电技术达到了新的高度。这是他们内部的通报。
这个车就是在欧洲做的电动汽车的充电，这里有两根轨道，车子在里面开，开车的速度可以保持在每小时100公里，轨道的试验长度，试验的轨道长一百米。也就是在一百米的长度上充电，可以使得这个车充到需要的电能。现在高通公司所发展的充电能量的水平有三档，一档是三点几千瓦，一档是七点几千瓦的，一档是22千瓦的。
这么一算，一百公里的速度，100米的跑道，只要几秒钟就充好了。这里可以开两辆车，同向也行，反向也好，一下可以充两辆。
这辆车是高通公司的，刚才我讲的，一种是3.3千瓦，一种是6.6千瓦，一种是22千瓦，根据不同的车道来配的。这里1是电源，下面2是一块基板，这个基板就是一个电池组，在下面的，在地面上的。然后通过感应，4是车子上的线圈，这个3就是无线充电。5是车上的控制单元，6是车上的电池，大概是这样的情况。
下一个图片，这个线圈就是车底下的线圈，这个是属于单线圈。我们可以看，这个线圈和我们一般想象的铜线圈不一样，它是一个板状的，而且是一匝。还有双线圈的，也是三点几千瓦，同样的功率，可以单线圈也可以双线圈。大的7.4千瓦的，也可以双线圈也可以单线圈。
再下面一个，我们看到把汽车翻过来，这个线圈就放在汽车底下，这个在汽车底盘地下，下面有四个螺丝孔，敲在汽车底盘上。这就是无线充电概念车。
再说一句话就结束这个报告，我们这里要把磁场从一个发射圈转到第二个去，也就是说它这里面，磁悬浮里面有一个定子线圈，这个定子线圈，我看这个照片，大概和他们搞的轨道差不多的。我们也做了这个电缆，帮德国人也修了这个电缆，大概是这样的情况。
注：本文来自黄崇祺在第19届亚太汽车工程年会&2017中国汽车工程学会年会的演讲实录
来源：盖世汽车
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