电动汽车无线充电技术发展概况

赵向晓

摘要：近年来，随着全球资源环境极度污染以及石油资源的严重匮乏，推动了电动无线充电汽车的飞速发展，未来电动汽车供电模式也将会朝着此方向不断发展创新，目前，开发大功率、高效率、强侧移适应能力、低电磁辐射、成本适中的动态无线供电系统，已成为国内外各大机构研究机构的主要研究热点。本文就电动汽车无线充电技术体系、类别及研究热点进行综述。

关键词：电动汽车；无线充电技术（WCT）；动态无线供电系统

前言：

电动汽车无线充电技术（WCT）是应用于电动汽车充电的非直接接触式电能传输技术，其可通过埋于地下的供电导轨以高频交变磁场的形式将电能传输给运行在地上一定范围内的车辆电能接收端，以实现车载储能设备供电，从而减少电动汽车搭载的电池组，延长其续航里程，保证安全、便携供电[1]。其可通过非接触的方式使行驶过程中的电动汽车不断地拥有能量供给来源，实现安全、智能、高效率的电动汽车使用，为人们的生活带来便利。因此本文就电动汽车无线充电技术类别及研究热点进行综述，为动态无线供电技术的应用发展提供思路和依据[2]。

1.电动汽车无线充电技术类别

无线电能传输方式包含远场区传输和近场区传输两大类。

1.1远场区

远场区是可以采用Maxwell方程来分析的位于场源2D2/λ+λ距离以外的一类系统，远场区内起主要作用的是辐射场，其内电磁波可近似看作平面波，工作频率高于300MHz，远场区的分析工作不可应用集总参数方式进行，其重要原因在于天线尺寸与波长相当，远场区无 线电能传输技术可根据原理不同划分为可分为微波式和激光式[3]。

1.2近场区

近场区是可采用Faraday电磁感应定律分析的包含辐射近场区和感应近场区的距离场源的2D2/λ+λ以内的一类系统，其工作频率范围是10kHZ-100MHz，近电场根据耦合方式的不同可分为磁场耦合式和电场耦合式两大类，由于其具有发射与接收设备尺寸均小于λ/10的特点，因此适用于集总参数法，在电动汽车无线充电系统中近电场广泛被使用[4]。

2.电动汽车无线充电技术研究热点

2.1磁耦合元件结构

磁耦合元件结构是由高磁导率部件和高电导率部件组成的在电动汽车无线充电系统中组成的可实现电能和场能相互转化的元件[5]。高磁导率部件是可通过提高发射端与接收端耦合系数，降低电动汽车金属部件内磁场引起的电涡流损耗的常用铁氧体材料制成的场能载体。高电导率部件通常是由铜管或利兹线绕制而成的具有趋肤效应和临近效应的载体[6]。

2.1.1固定式磁耦合元件

固定式磁耦合元件是指包含有将螺旋线圈在铁磁性材料上平行布置的平板式结构以及在铁磁性材料上绕制螺线管式线圈的圆柱式结构。有研究学者通过进行平板式磁耦合元件的设计实验做出了第1代和第2、3代平板式磁耦合的元件结构，其中第一代平板式磁耦合元件是圆形的充电平板，而第2、3代磁耦合元件的设计采用的分别是DD形平板和DDQ形平板[7]。

2.1.2移动式磁耦合元件

移动式磁耦合元件通常以由多个沿道路串行布置的磁耦合元件构成的固定在路基的通电长直轨道作为发射端，安装在电动无线充电汽车底部的平板式耦合器作为发射端。车载平板式耦合器是在电动汽车行驶的过程中激发出电流而实现的电动汽车行驶过程中的持续性充电过程[8]。

2.2无线充电（WPT）

无线充电又称作无线供电（WPT），WPT可在电动无线汽车行驶过程中通过频繁充电使电池容量减少，从而减轻了电动汽车的重量，使能量充分被利用。无线充电技术主要分为射频WPT、电磁感应式WPT及电磁共振式WPT，以下将对其做详细介绍。

2.2.1射频WPT

射频WPT又被称作是微波WPT，就是以微波（频率在300MHz- 300GHz之间的电磁波）为载体在自由空间无线传输电磁能量的技术。微波无线供电系统通过微波原将电能转变成微波，微波由天线发射。经长距离的传播后再由天线接收，最后经微波整流器等重新转换为电能使用。

2.2.2电磁感应式WPT

电磁感应式WPT是一种近距离的无线电能传输技术，是目前最常使用的较为成熟的无线供电传输技术。其无线电能传输是基于电磁感应原理来进行的，将变压器进行一次、二次分离从而进行无线电能的传输，从而实现无线供电系统的有效供电[9]。

2.2.3电磁共振式WPT

电磁共振式WPT与电磁感应式WPT相比， 可显著提高能量的有效耦合及变压器的传输效率，并且可以减少非接触变压器绕组间错位，可通过合理设置激励频率向指定电器供电，提高安全性。在中小距离场合，电磁共振式WPT因传输效率相对较高，更适合于无线电的汽车的充电[10]。

结语：

本文就电动汽车无线充电技术类别及研究热点进行综述，可以看出电动汽车无线充电技术具有非常广泛的应用价值和发展前景，并且具有开发大功率、高效率、强侧移适应能力、低电磁辐射、成本适中的优点，为今后电动无线充电汽车技术的发展提供了可靠的理论基础。

参考文献：

[1]曹玲玲，陈乾宏，任小永，阮新波.电动汽车高效率无线充电技术的研究进展[J].电工技术学报，2012，27（08）：1-13.

[2]高大威，王硕，杨福源.电动汽车无线充电技术的研究进展[J]. 汽车安全与节能学报，2015，6（04）：314-327.

[3]刘崇凯，罗康骏.电动汽车无线充电技术探讨[J].科技创新导报，2015，12（07）：98-99.

[4]王丽芳，朱庆伟，李均峰，郭彦杰.电动汽车无线充电用磁耦合机构研究进展[J].集成技术，2015，4（01）：1-7.

[5]李庚午.磁耦合諧振式无线电能传输系统传输功效的优化与研究[D].沈阳工业大学，2017.

[6]李中启.磁耦合谐振式无线电能传输系统效率分析与优化[D].湖南大学，2016.

[7]秦奋，赵强，苏成利.电动汽车无线充电系统仿真与设计[J].国外电子测量技术，2014，33（07）：45-48.

[8]裴晓泽，姜久春，冯韬.电动汽车蓄电池充放电系统的实现[J]. 电力电子技术，2008（03）：17-18+24.

[9]赵争鸣，刘方，陈凯楠.电动汽车无线充电技术研究综述[J].电工技术学报，2016，31（20）：30-40.

[10]周路菡.无线充电技术：机遇与挑战[J].新经济导刊，2017（10）：70-74.