大功率无线供电技术

原创于 2025-10-13 08:00:00 发布 · 1.1k 阅读

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#大大通 #机器人 #无线充电 #工业 #安全

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一，目的

随着无人机、AGV 机器人、新能源轻型车（如电动叉车）、工业设备等中高功率设备对 “无绳供电” 需求的激增，传统小功率无线充（≤150W）已无法满足其能耗需求。300W以上功率段的无线充方案，正成为连接 “无线便捷性” 与 “高功率补能” 的核心桥梁。本文将从应用场景出发，拆解该功率段无线充的技术难点、关键突破方向及方案设计要点，为工业、商用领域的无线充落地提供技术参考。

二，技术难点

当无线充功率提升至 300W 以上时，传统低功率方案的 “线圈设计、散热、电磁兼容” 等问题会被放大，成为方案落地的核心瓶颈。具体技术难点可归纳为三大类：

1. 效率瓶颈：如何避免高功率下的 “能耗浪费”？

无线充的能量传输效率公式为：效率 =（接收端输出功率 / 发射端输入功率）×100%。低功率方案（≤150W）效率可达 85%~90%，但功率提升至 300W 以上后，效率易因 “线圈损耗、开关损耗” 下降至 75% 以下 —— 这意味着 2200W 功率下，仅损耗的能量就高达 550W，不仅浪费电能，还会导致设备过热。

核心损耗来源包括：

线圈铜损：高功率下电流增大（如 2200W/48V 输出时，电流达 45.8A），线圈电阻产生的热量按 “P=I²R” 计算，会随电流平方增长；
开关管损耗：发射端、接收端的功率开关管（如 MOSFET）在高频开关过程中，会产生 “导通损耗” 和 “开关损耗”，功率越高，开关频率越高，损耗越明显；
磁芯损耗：线圈磁芯在高频磁场下会因 “磁滞效应” 产生热量，300W 以上方案通常需提升工作频率（如从 150kHz 升至 200kHz），进一步加剧磁芯损耗。

2. 安全风险：高功率下的 “电磁、温升、过流” 隐患

300W~2200W 功率段的无线充，涉及高电压（如输入 AC 220V/380V）、大电流（如输出 DC 48V/100A），安全风险远高于低功率方案：

电磁兼容（EMC）问题：高功率、高频率的磁场会产生强电磁辐射，若未做屏蔽设计，可能干扰周边设备（如工业传感器、医疗设备）的正常工作，甚至违反国际 EMC 标准（如 EN 55032）；
温升失控风险：若效率仅为 80%，1000W 功率下会产生 200W 的热量，若散热不及时，设备温度可能超过 100℃，导致塑料外壳变形、电子元件烧毁；
过流 / 过压保护难题：AGV 机器人、电动叉车等设备的电池电压（如 48V、72V）存在差异，若无线充方案的电压调节范围不足，易出现过流、过压问题，损坏电池或设备。

3. 对位容错：如何适应 “大设备” 的精准对接需求？

低功率方案（如手机无线充）的线圈尺寸小（直径约 50mm），对位偏差允许范围仅 ±5mm；而 300W~2200W 方案的设备（如 AGV 机器人、电动叉车）体积大，线圈尺寸通常超过 200mm，且设备停靠时易出现 “前后 / 左右偏差”（±20mm 以上）。若对位容错能力不足，会导致 “耦合系数下降”，进一步降低传输效率，甚至触发保护机制停止充电。