电动客车无线充电技术应用研究

肖红千

（厦门金龙旅行车有限公司，福建 厦门 361000 ）

1 无线充电技术发展概况

19世纪30年代，迈克尔·法拉第发现磁场的变化将在电线中产生电流。2007年，美国麻省理工学院的马林·索尔贾希克等人在无线电力传输方面取得了新进展，用2 m外的电源，“隔空”点亮了一盏60W的灯泡。

无线充电技术是近几年才开始发展起来的一个新兴行业，未来有着广泛的发展空间。目前已经有手机、数字照相机等电子产品采用无线充电技术。随着中国新能源汽车的快速发展，新兴的无线充电方式，能满足客户多样化充电方式需求。

目前有以下3种无线充电方式，其对比见表1。充电插座烧焦、冒烟、起火等问题出现。

2）充电机采用的充电枪制造厂家，与车辆上的充电插座制造厂家制造工艺水平不一样，会存在尺寸误差大、充电枪与充电插座接触不良的情况，会导致充电时充电插座烧焦、冒烟、起火等问题出现。

3）传导式充电系统，对充电操作人员要求多，如果未按照标准操作，会出现充电枪与车辆充电插座插接不到位，导致充电枪与车辆充电插座接触不良。充电枪的操作也不便利，充电结束后，如果操作人员忘记将充电枪归位，充电枪的电缆在地面被车辆碾压，导致线束损坏漏电，给充电带来不安全的因素。

表1 3种无线充电方式对比

2 电动客车传导式充电系统介绍

目前纯电动客车基本采用传导式充电系统，通过非车载充电机的充电枪与车辆充电插座连接，然后给动力电池充电。目前主要存在以下问题。

1）充电枪与充电插座经常使用，多次插拔后会存在充电枪与车辆充电插座之间的接触面磨损严重，导致充电时

3 电动客车无线充电系统

3.1 系统构成

如图1所示，将电源管理模板、发射线圈、接收线圈、高压配电柜、电池管理系统、动力电池、DC/DC转换器、起动蓄电池、无线充电车载控制器、显示屏、WiFi以及身份识别模块等组成无线充电系统。

3.2 工作原理

如图2所示，电源管理模块控制发射线圈将工业电源按照一定的频率变化，从而产生变化的电磁场。磁力线通过接收线圈，接收线圈产生感应电动势输出交流电给车载整流器，车载整流器将交流电转换成高压直流，通过高压配电柜中的充电继电器给车辆动力电池充电。

为保证车载充电系统各电器件的低压工作电源的平衡，在充电时，需要启动DC/DC转换器，将动力电池的高压直流电转换成低压电源给车辆起动蓄电池补电。

图1 无线充电系统结构

进入充电阶段时，电池管理系统检测动力电池状态，通过CAN总线通信网络和无线充电车载控制器、DC/DC转换器实现状态信息、控制信息和故障信息的传递交互，无线充电车载控制器通过WiFi及身份识别模块与地面的电源管理模块进行通信交互，从而实现智能充电。

3.3 充电控制策略

充电控制策略原理框图见图3。

从显示屏上启动无线充电，该启动命令通过WiFi传送给地面电源管理模块，电源管理模块控制发射组件发射电磁能量，启动无线充电系统。电池管理系统工作后，检测到车载整流器的开启充电信号有效，按照国标GB/T 27930与车载整流器进行通信交互，建立正常的通信后，电池管理系统控制闭合充电继电器，开始充电。然后闭合DC/DC继电器，发启动命令给DC/DC转换器，启动DC/DC转换器，给起动蓄电池补电。充电过程中，车载整流器根据电池管理系统的充电需求，输出相应的电压和电流给动力电池充电；无线充电车载控制器检测车辆充电状态信息，发送相应的控制报文经过WiFi无线传输给地面充电设备，地面充电设备根据控制报文内容调整电磁能量的发射。当充满电后，电池管理系统通过CAN网络发停止充电报文，车载整流器停止电力输出，无线充电车载控制器发送相应的控制报文，经过WiFi无线传输给地面充电设备，地面充电设备停止电磁能量发射。

3.3.1 充电过程

图2 无线充电系统工作原理

车辆进行充电时，车辆驶入充电位上面拉手制动停车，然后在显示屏上进入“充电界面”启动充电，显示屏发送启动指令给无线充电车载控制器，无线充电车载控制器发射车载控制器控制报文，经过WiFi无线传输给地面充电设备的电源管理模块，电源管理模块控制发射线圈发射电磁能量，启动充电系统。

无线充电车载控制器发送控制信号给车载整流器，车载整流器输出开启信号给电池管理系统，电池管理系统按照国标GB/T 27930 与车载整流器通信交互，发送与接收充电报文。建立正常的通信后，电池管理系统发出控制信号闭合高压配电柜中的充电继电器，开始充电。为保障车辆充电时低压供电电源，启动充电后，电池管理系统发控制信号给高压配电柜闭合DC/DC继电器，并发DC/DC控制报文控制DC/DC转换器工作。电池管理系统检测到动力电池已经充满电后，按照国标GB/T 27930要求发停止充电报文给车载整流器，停止充电。

3.3.2 保护策略

图3 充电控制策略原理框图

1）若地面充电设备出现故障时，无线充电车载控制器监测到充电设备状态报文有故障时，发控制信号给车载整流器，车载整流器停止电力输出，并按照国标GB/T 27930要求发停止充电报文给电池管理系统，停止充电。

2）若DC/DC转换器出现故障，DC/DC转换器发送故障状态报文给电池管理系统，电池管理系统读取到故障信息后通过通信报文告知车载整流器停止电力输出，无线充电车载控制器发送控制报文给地面充电设备停止电磁发射。

3）充电过程中，若电池管理系统与DC/DC转换器CAN通信报文中断，电池管理系统通过通信报文告知车载整流器停止电力输出，无线充电车载控制器发送控制报文给地面充电设备停止电磁发射。

3.3.3 提前中止充电

当用户需要提前中止充电时，进入显示屏的“停机界面”停止充电，显示屏发停止命令给无线充电车载控制器，无线充电车载控制器发送车载控制器控制报文给地面充电设备停止电磁发射，并发送控制信号给车载整流器，车载整流器停止电力输出，并按照国标GB/T 27930要求发停止充电报文给电池管理系统，停止充电。

4 结束语

常规的纯电动公交客车充电技术，采用传导式枪式直流充电系统，通过非车载充电机的充电枪和车辆充电插座连接在一起。充电站占地空间大，充电站的管理成本高，充电枪与车辆充电插座磨损严重，从而导致接触不良、触点发热烧焦、充电枪与车辆插座使用寿命太短等问题。无线充电系统提供一种便捷、可靠的充电方式，增加用户的充电体验，具备以下优点。

1）无线充电系统利用磁共振、电磁感应，实现充电机与动力电池的能量传输，没有外露的连接器，彻底避免漏电等安全隐患。

2）无线充电系统没有充电枪和充电电缆等活动装置，不存在机械磨损、尺寸控制误差等导致接触不良的问题。

3）不存在车辆碾压充电电缆和充电枪等问题。

4）采用无线充电的充电站，占地面积小，保证在用地紧张的城市可以兴建充电站，采用无线充电，可以将充电设备隐蔽在地下，让汽车在停车处或者街边特殊的充电点充电。

5）无线充电系统充电操作简单，减轻充电操作人员的工作量。

［1］ GB/T 27930—2015，电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议［S］.

［2］ GB/T 29772—2013，电动汽车电池更换站通用技术要求［S］.

［3］ GB/T 19596-2004，电动汽车术语［S］.