浅谈电动汽车无线充电技术的应用

浅谈电动汽车无线充电技术的应用

发表时间：2016-04-01T12:01:08.043Z 来源：《基层建设》2015年28期供稿作者：梁嵩

[导读] 武汉城市职业学院当今汽车已经成为无可替代的交通工具，但非再生能源的不断减少也成为当前全球最为关注的问题。

梁嵩

武汉城市职业学院

摘要：文章从无线充电技术的分类入手，介绍了电动汽车无线充电技术的工作原理以及电动汽车无线充电技术的应用情况，对比分析电动汽车无线充电方式的优缺点，同时对电动汽车无线充电技术的应用提出建议。

关键词：电动汽车；无线充电；电磁感应；电磁共振

1引言

当今汽车已经成为无可替代的交通工具，但非再生能源的不断减少也成为当前全球最为关注的问题，能源的紧缺与替代、环境的污染与保护共同促使了环保新车的大力发展。尤其纯电动汽车的快速增长，必然会对电动汽车的充电方式多样化和方便性提出更高的要求。不过目前的电动汽车还不够成熟，主要体现在其续航能力不足和充电实在不太方便。虽然无线充电无法提升电动汽车的续航能力上限，但大量安装的无线充电站从某种程度上也能够解决汽车续航不足的问题；即便无线充电无法和在加油站加油相提并论，但与有线充电相比，其便利性不言而喻。

2四类无线充电技术特点

一是通过电磁感应原理。如同变压器由一个磁芯和二个线圈（初级线圈、次级线圈）组成，当初级线圈两端加上一个交变电压时，磁芯中就会产生一个交变磁场，从而在次级线圈上感应一个相同频率的交流电压，电能就从输入电路传输至输出电路。虽然传输距离短、使用位置相对固定，但是能量效率较高、技术简单，非常适合作为无线充电技术使用。而且输电功率较大，能够适应电动汽车的充电时间要求。

二是将利用电磁共振。同样要使用两个规格完全匹配的线圈，一个线圈通电后产生磁场，另一个线圈因此共振、产生的电流给设备充电。除了距离较远外，磁共振方式还可以同时对多个设备进行充电，并且对设备的位置并没有严格的限制，使用灵活度在各项技术中居于榜首。在传输效率方面，磁共振方式可以达到40%～60%，虽然相对较低但也进入商用化没有任何问题。它具有较高的效率和非常好的灵活性，是目前开发重点。

三是电场耦合方式。利用两组电极、一个振荡器、一个放大器和一套升压电路：一电极主要起接地作用，另一电极则用于产生电场。而振荡器的作用则是将输入的直流电转变为交流电，放大器和升压电路则负责提升电压。虽然它具有体积小、发热低和高效率的优势，但是暂时只在小功率中能够实现，对于电动汽车的充电功率要求，还无法实现。

四是将电能以微波的形式无线传送。微波作为能量的传递信号，接收方接受到能量波以后，再经过共振电路和整流电路将其还原为设备可用的直流电。这种方式就相当于我们常用的Wi-Fi无线网络，发收双方各有一个专门的天线，所不同的是，这一次传递的不是信号而是电能量。微波的频率在300MHz～300GHz之间，波长则在毫米-分米-米级别，微波传输能量的能力非常强大，我们家庭中的微波炉即是用到它的热效应，而微波无线充电技术，则是将微波能量转换回电信号。发射到远端的接收天线，然后通过整流、调制等处理后使用。但是这种方式能效很低，而且应用在电动汽车充电上，还是不可能的，因为微波对人的危害非常大。

3无线充电技术在电动汽车上的应用

电动汽车实现无线充电技术的优点是替代了原始的电网直插式链接的诸多弊端，还有电能补充的时间长、车位占地面积大以及人工操作繁琐等不利因素。但随之而带来的电能转换效率低以及能源的浪费和电磁辐射对人类及环境的影响等诸多不利因素。随着电动力汽车技术的不断完善和市场的保有量逐步的增加，也是为了方便电动汽车的能源补给，人们开始尝试着研究如何利用无线充电技术对电动汽车进行充电，以解决电动汽车在有线充电过程中的诸多不利环节。

通过电磁感应电力传输（ICPT）技术来实现，一般适用于小型便携式电子设备供电。ICPT 主要以磁场为媒介，利用变压器耦合，通过初级和次级线圈感应产生电流，电磁场可以穿透一切非金属的物体，电能可以隔着很多非金属材料进行传输，从而将能量从传输端转移到接收端，实现无电气连接的电能传输。电磁感应传输功率大，能达几百千瓦，但电磁感应原理的应用受制于过短的供电端和受电端距离，传输距离上限是10cm左右。

通过电磁耦合共振电力传输（ERPT）技术或射频电力传输（RFPT）技术实现，中程传输可为手机、MP3等仪器提供无线电力传输。ERPT技术主要是利用接收天线固有频率与发射场电磁频率相一致时引起电磁共振，发生强电磁耦合的工作原理，通过非辐射磁场实现电能的高效传输。电磁共振型与电磁感应型相比，采用的磁场要弱得多，传输功率可达几千瓦，能实现更长距离的传输，传输距离可达3～

4m。RFPT主要通过功率放大器发射射频信号，通过检波、高频整流后得到直流电，供负载使用。RFPT距离较远，能达10m，但传输功率很小，为几毫瓦至百毫瓦。

根据无线充电技术的特点，能够应用在电动汽车上的原理也只有ICPT和ERPT。电动汽车无线充电技术中最常用的 2 种技术相比较而言，ERPT 比 ICPT 更具有优势和发展潜力。ICPT要求电动汽车侧接收端非常靠近发射端感应线圈，由于磁场能量会随距离的增加而迅速衰减，因而在传统的电磁感应中，距离只能通过增强磁场强度来增加。而 ERPT 使用匹配的谐振天线，可使磁耦合在几英尺的距离内发生，而且不需要增强磁场强度；同时由于是形成非辐射磁场，从而大大降低了能源损耗。

4无线充电技术在应用发展中应注意的问题

美国汽车工程师协会，已经就电动汽车无线充电国际标准的功率和频带两项基本指标达成一致，并着手推进电动汽车无线充电国际标准的研究工作。最终将轻型电动汽车无线充电的标准频带确立在85kHz，频带范围为81.38kHz~90.00kHz。由于此前不同无线充电设施生产商选用的频带各异，这项标准的确定对无线充电领域的技术规范意义重大。

我国无线充电方面的研究也已经起步，“十二五”期间，开展无线充电技术的研究，目前无线充电只在小功率充电方面有一些国际标准，而针对电池汽车的大功率无线充电标准还处于空白。

国家要出台相应的政策，鼓励、扶持并规范无线充电汽车的发展和充电设施的建设。一个行业或企业，尤其是利国利民的行业或企业