电动汽车无线充电技术可行性研究

段佳钢 李玉琴 马立聪

摘 要：在当今世界经济全球化的背景下，汽车工业快速增长，对能源的需求量也越来越大，同时对环境的污染也日益严重，这就使得电动汽车的研发与应用成为了一个新的趋势和潮流。目前电动汽车的研究主要集中在电动汽车的电池技术、驱动电机的控制技术、能量储存技术等方面，而其中的核心关键技术是电能的存储与分配。

关键词：电动汽车 无线充电技术 可行性研究

Abstract：With today's world economic globalization， and the rapid growth of the automobile industry， the demand for energy is also higher. At the same time， the environmental pollution is increasingly serious， which makes the development and application of electric vehicles has become a new trend. At present， the research of electric vehicles mainly focuses on battery technology， control technology of driving motor， energy storage technology and other aspects of electric vehicles， among which the key technology is the storage and distribution of electric energy.

Key words：electric vehicle， wireless charging technology， feasibility study

1 引言

目前，电动汽车的发展主要是在传统内燃机和电池两种方式的基础上进行的研发和应用。其中电动汽车的技术核心是能量的转换、驱动电机的控制以及动力蓄电的控制系统等。在能源短缺的情况下，为了缓解石油危机，世界各国都开始了新的电动汽车项目，并将其作为未来的重点研究方向。

2 电动汽车无线充电的基本理论

电动汽车无线充电的关键技术主要有电池、控制器和充电控制等。（1）电池的选择 在电动汽车的设计中，为了提高电动汽车的能量效率，需要对电池的性能进行优化，使其具有高的稳定性和高的寿命;同时，在保证安全的前提下，尽可能降低对环境的污染;目前，锂离子动力锂电池的发展还不完善，所以我们要根据实际情况，结合相关的技术标准，来确定最佳的电池类型。（2）电池的选择原则。首先是安全性，即电池的使用过程中不会因为外界因素而损坏，而且可以延长其使用的时间;其次是经济性，即在不影响的条件下，能够获得，最大的收益;最后是快速性，即充电的速度快，并且能满足不同的用户需求。（3）充电器的选择：由于充电器的工作电压一般比较低，因此采用了高压充放电的方式来实现对蓄电池的充电操作，这样就能达到较好的效果。

3 电动汽车无线充电技术可行性研究方向

首先，电动汽车无线充电技术是一个新兴的领域和新的发展方向，在目前的研究中，对电动汽车无线充电技术的研究还很少，主要集中在对电动汽车的功率密度、电池容量以及充放电效率等方面的研究上。其次，随着我国能源紧缺问題的日益严重，国家也开始了大力的支持电动汽车的研发与推广，这就要求我们要加快推进电动汽车的商业化进程，同时也需要解决充电的成本和时间等一系列的难题;最后，为了提高电动车辆的续航能力，相关部门还提出了很多的政策来鼓励使用新的储能装置，比如：可以通过增加充电桩的建设数量来实现这一目标，这样就能够有效的缓解当前的交通压力。因此，从长远的角度来看，未来几年内，我国在电动汽车的研制与开发上，会有更多的资金投入到大规模的新能源车的生产中，而这必将为中国的经济增长带来巨大的推动力。

4 电动汽车无线充电技术可行性设计策略

由于目前的电动汽车技术还不够成熟，因此在无线充电的过程中，需要对电池进行充电，但是在实际的使用中，很多用户都不了解电动汽车，导致了电动汽车的续航时间比较短，所以我们要对电动汽车的充、放电性能以及充电效率等多方面因素进行进行综合分析，从而确定最适合的无线充电方式。

4.1 电动汽车无线充电技术基础及测量方法

为了确保电动汽车的无线充电系统的顺利运行，需要对电动汽车的无线充电技术进行研究。目前国内外的研究主要集中在电动汽车的无线电技术的实现上，而对其的测量方法也有很多种。

（1）无线电波检测法。该方法是利用发射天线和接收设备之间的信号传输，然后通过分析电池的电压和电流的变化来确定是否为电动汽车的无线充电。（2）磁共振成像法。该方法是基于电磁感应的原理上的一种方法，它可以用于各种复杂的电动车辆的无线充电器的设计中。但由于其工作环境的特殊性，所以在实际应用时，很难准确的判断出所需的参数值。（3）磁流磁流变液测试法。磁流变液的性能取决于线圈的形状、尺寸、电阻率等因素，但是这种方法的缺点在于，因为磁场的影响会使磁力线产生弯曲变形，从而导致了电流传送的困难性。（4）电池的选择：在确定了电动汽车的性能参数后，可以根据所需的功率大小来选取锂离子动力锂电池，同时考虑到不同的地区环境温度的变化对锂离子的吸收程度也会有所不同，所以在选择锂离子电池时要充分了解当地的温度和电压等因素，并结合实际情况，合理地调整电池的尺寸及重量。（5）充电控制：由于目前的充电设备的技术还不是很成熟，因此要对其的充放电特性、充放量等方面的数据信息的采集必须要有一定的要求;其次，还要保证充电的效率和质量，这也是影响能否实现无线供电的重要原因。

4.2 充电器件选择

充电器件的选择是电动汽车无线充电系统设计中的关键环节，也是影响电池充电的重要因素。在充电站的选择上，要根据电动汽车的实际情况，在保证安全的前提下，尽量降低成本，同时还要考虑到电动汽车的可扩展性和可维护性。目前，市场上的充电器件主要有以下几种：

（1）锂离子电池。锂离子电池的特点在于它的体积小，质量轻，寿命长，且无记忆效应，不易产生过放现象，但由于其能量密度低，所以使用的环境要求高，对其的改进也比较困难。（2）镍镉镍镉铅锌铅蓄电池。它具有较高的功率密度，容量大，重量轻，抗腐蚀性能好，价格便宜等优点，但是蓄电能力低，放电电压低，温度范围窄，对蓄电池的损坏较大，且需要定期进行更换。在电动汽车的实际应用中，充电器件的选择直接关系到电动汽车的动力性、安全性和经济性。因此在进行电动汽车充电时，必须要考虑到以下几个方面的问题： （1）充电站的容量和尺寸。为了保证在不同的负载下，能够满足电动车辆的需求;同时，还应根据电网的负荷情况，来确定是否需要增加充电站的容量;（2）充电的速度和效率。由于目前的技术水平，我国大部分的电动车都采用的是恒流圈的充电方式，所以对其功率的控制要求较高。如果提高了电池的输出电压，则会导致其能量的浪费以及电能的损耗;而相反，若不降低恒流圈的额定电流，则会使得其无法达到理想的峰值峰值，从而造成不必要的能源消耗。

4.3 无线充电系统的整体布局

无线充电系统的整体布局是指通过无线充电技术的设计来实现电动汽车在不同的环境下的充电需求。

（1）电动汽车的电池组的布局在实际的使用中，由于各种因素的影响和制约，电动汽车的电池组的容量不能满足用户的要求;因此，需要考虑到电动车辆的负载特性，以及电动汽车的功率和行驶里程等。同时还要注意到，随着电力电子器件的发展与进步，为了保证电能的传输效率，必须要有一个合理的电路结构。目前常用的电控电源的拓扑主要有两种：单端型、双端型。本文所采用的是双端型。（2）无线充电器的布局无线充电器的布局应遵循一定的规律：首先，从整个充电的角度出发，以最大限度的提高能量的利用率为目标，尽可能地减少对电网的冲击;其次，根据电池的大小来确定各个部分的尺寸和形状，从而使其能够达到最佳的工作状态，这样就可以有效的降低了对设备的损坏程度延长了电池的寿命周期。

4.4 充电线圈的参数计算

电池的充电过程中，其參数主要有电压、电流、功率以及温度等。其中电动汽车的充放电的特性是复杂的且受外界环境的影响较大，所以在进行充电时，必须要考虑到各种因素对电池的影响程度。

（1）电压：电动汽车的充电线圈的输出电能量的大小与所使用的电能成正比，因此我们可以用一个电量单位表示。（2）电流：在电动汽车的充放的时候需要一定的时间才能达到要求的容量;而当负载的变化时，电瓶的输出也会随之改变。（3）温度：电动汽车的充放的时候会产生热量，如果将这个热值的数值计算出来，那么就能够得出结论，此时应该采取措施减少对电池的损害情况。（4）温度：在实际的应用中，由于不同的地区和不同时间的温差，会导致电池的化学反应速度的不一样，从而使其出现热损的现象;而对于同一个电动车辆来说，因为行驶的路程越长，就能提高其寿命的效率越多。

4.5 负载干扰

负载干扰是指电动汽车在不同的环境下，电动汽车的实际输出功率会出现一定的变化而导致的电动汽车的电能消耗的现象;也有可能是由于电池的老化、使用时间过长或温度过高造成的电化学腐蚀等原因，也有因为负载的改变而引起的电化学反应的影响等。在对电动车辆的无线充电系统进行设计时，必须要考虑到以下几个方面的问题：

（1）当电动汽车的负载发生转变时，就需要对其施加一个新的电压，使其从原来的固定频率变换到新的频度，从而使其能够实现无线充电。（2）如果没有产生新的电源来满足负载的需求则不能保证电动汽车的能量供应，因此就得要求增加额外的设备来支持。这就要通过控制电路的调节和调整。（3）当负荷发生变化，那么就应该采取相应的措施来解决。例如：将车载的供电线路改为由单节发电机供电，或者将电力线改成直流线，这样的话可以有效的提高了传输效率，同时还能降低成本。

5 结语

综上所述，目前我国电动汽车无线充电的技术还处于初级阶段，需要进一步完善和提高。电动汽车的电池寿命较短，在使用过程中存在着充电效率低、能量利用率低等问题，因此在未来的发展中应重点攻克这些难题。

基金项目：2019年广西城市职业大学校级重点科研项目“电动汽车无线充电技术可行性研究”项目编号：GXCUVKY2019A001。

参考文献：

[1]张超，王哲，李泉，唐林英，刘洪亮.纯电动汽车无线充电技术研究现状与发展趋势[J].内燃机与配件，2021（09）：203-205.

[2]王春志.关于新能源电动汽车充电技术的探讨[J].科技风，2021（13）：14-15.

[3]邱兴阳，梁锋林，郑维清，郑德山.微型电动汽车动态无线充电技术的研究[J].辽宁工业大学学报（自然科学版），2021，41（02）：99-104.

作者简介

段佳钢：（1974.06—），男，汉族，广西扶绥，本科，高级工程师。研究方向：新能源汽车

李玉琴：（1983.02—），女，汉族，广西南宁，大学本科，副教授。主要研究方向：电子科学与技术。

马立聪：（1982，12—），男，壮族，广西凭祥，本科，工程师。研究方向：计算机科学与技术。