电动汽车无线充电技术研究综述

电动汽车无线充电技术研究综述

发表时间：2019-07-30T09:02:44.673Z 来源：《基层建设》2019年第14期作者：李景

[导读] 摘要：目前，电动汽车无线充电的方法在不断向广域化、智能化、灵活化方向发展。

国网忻州供电公司山西省忻州市 034000

摘要：目前，电动汽车无线充电的方法在不断向广域化、智能化、灵活化方向发展。我国在电动汽车无线充电方法方面虽然起步较晚，但结合目前国内该领域专利申请的发展态势与国际发展趋势，中国在电动汽车无线充电领域的专利发展日新月异，在提高无线充电效率方面的专利发展前景十分广阔，目前龙头企业的发展模式证明，校企合作更有利于国内企业在无线充电领域实现技术创新和成果转化，应充分利用专利情报，借助产学研体系在细分领域深耕细作以获取细分领域的制高点。

关键词：电动汽车；无线充电技术；研究

1充电技术及存在问题

目前电动汽车充电方式有两种：一是充电桩充电，这需要在停车位日益紧缺的同时建立特定的充电停车位，而且为了避免雨天充电不安全，不能设置露天的充电停车位，这给充电停车位的建设带来了诸多的不便。同时由于充电电压较高，不熟悉操作的充电人员工作时具有较大的危险性；二是电动汽车无线充电技术，由于避免了与充电电源直接接触，充电设备也没有暴露在外界环境中，因此适用更多的环境条件。只需驾驶员把车辆停在特定的充电停车位里，再将车辆的接收线圈与停车位的发射互感线圈对准，便可以进行充电，电动汽车无线充电技术已经引起了普遍的关注。但由于不同品牌的电动汽车无线充电接收线圈布置位置存在差异性，因此不同的车型可能需要使用适合该车型的特定无线充电车位才可进行正常充电，否则会出现充电效率降低的情况，甚至不能进行充电。据资料显示，宝马

530eiPerformance电动汽车可以实现无线充电，其搭载容量为9.2千瓦时的电池，最高充电效率为85%，需要3.5小时左右充满，但是当接收线圈与发射互感线圈的相对偏移量增加时，其充电效率降至62%左右，充电时常延长至4.8小时左右。因此接收线圈与发射互感线圈的相对偏移量增加时，对充电效率有极大的影响。现有的电动汽车无线充电装置不能在保证充电效率的同时，适用于绝大多数电动汽车，这也降低了无线充电停车位的利用率，使电动汽车的发展受到了一定的阻碍。

2装置的结构与原理

针对充电时接收与发射线圈有相对大的偏移量问题，本文设计了电动汽车无线充电自动定位调节装置，其主要构成有测距收发装置（包括第一、第二、第三、第四无线测距收发装置）、通讯装置、控制器、执行机构电动机、检测元件等，如图1所示。其定位原理是当汽车驶入停车位时，测距收发装置开始检测相应的数据，通过系统计算得到的接收线圈的二维平面位置坐标，再由通讯装置将得到的接收线圈的位置坐标传递给控制器，控制器控制驱动电机，使发射互感线圈自动移动到指定位置，测距收发装置再次检测、系统计算得到接收线圈的二维平面位置坐标，若再次检测得到的接收线圈二维平面位置坐标为（0，0），则认为移动到目标位置；若再次检测得到的接收线圈二维平面位置坐标不是（0，0），通讯装置再次将得到的接收线圈二维平面位置坐标传递给控制器，控制器控制驱动电机，重复进行操作，直至检测出接收线圈二位平面位置坐标为（0，0）时，发射互感线圈停止移动，开始充电。此时发射互感线圈与接收线圈相对偏移量最少，从而实现最大的充电效率。

3电动汽车无线充电技术发展路线分析

3.1静态充电

静态充电指电动汽车在充电过程中处于静止状态，这一充电方式源于电磁感应充电对线圈相对位置的严格要求且只能进行一对一充电，充电过程中的电能传输效率高，传输范围大。由于发射端和接收端之间的距离和角度存在偏差都会使得充电效率降低，感应充电线圈之间磁场区域内的异物也对充电效率影响较大，因此，充电效率受线圈对准定位、线圈间充电空间环境的影响较大。于是，汽车无线充电自动泊车定位监视技术、异物检测技术、送受电线圈形状和布置方式设计，均是现有研究院所和许多企业所致力研究的问题。以宝马公司申请的发明名称为“用于通过三角测量法定位的装置和方法”的专利为例，其要解决的技术问题是感应式充电定位定位系统，主要技术构思在于通过测量电磁式距离和角度，运用三角测量法来确定地点位置，由此获知次级线圈在一定时间内相对于初级线圈的空间位置，并且系统还利用地点位置和充电位置来确定行驶轨迹。

而随着磁共振式无线充电技术的兴起，电动汽车充电设施中的位置要求开始降低，只要发射端和接收端达到相同的共振频率，就能传递能量，且支持一对多充电。该方式使得电动汽车无线充电的灵活性开始显现，但其技术缺陷在于能量损耗比较大，而且传输功率越大损耗也就越大。因此，这一阶段中，许多企业在提高充电效率的研究中侧重于减小充电过程中的损耗，同时充电控制和定位也展开研究。其中的重点专利有：丰田公司的发明名称为“车辆和非接触式供电系统”的申请，解决的技术问题是无线充电控制方法，技术构思为电力发送装置接收由车辆ECU输出的调整匹配变换器的指令，根据电力发送单元与电力接收单元之间的电力传输效率来设定匹配变换器的阻抗；三星公司的发明名称为“电力发送单元(PTU)的用于确定电力接收单元(PRU)的位置的方法和采用该方法的PTU”的申请，技术问题为磁共振充电定位，技术要点为一种电力发送单元(PTU)，基于电力接收单元(PRU)的位置来无线地发送电力，PTU基于与在PTU的谐振器的电学特性的曲线上检测到的拐点相应的频率信息来确定PRU是否位于PTU的充电区域内。

3.2动态充电

“Chargingonthego”技术能够使得电动汽车在行驶途中实时充电，也称动态无线充电技术，该技术基于无线充电技术演变而来，结合了定位传感、无线通信和实时控制等多项技术。要实现移动充电，可在马路下层铺设电能发射装置，位于电动汽车车体上的接收装置能够在无需停车的情况下获取电能，然而，目前的移动供电系统仍面临有磁通分布不均匀的问题，会导致不同位置和方向上的磁通耦合效率不相同。因此，为实现道路发射磁场的均衡、提高电动车动态充电的充电接收效率是业界关注的问题，改进的方向主要有动态充电结构设计、充电线路道路布置、充电发射方式等。国内申请人存在较多相关申请，广西电网公司电力科学研究院和重庆大学都曾申请过相关专利，其中提出，通过能量发射导轨和拾取线圈来实现在电动汽车行驶过程中分段供电；东南大学也申请有“一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统”等的专利。国际上的相关专利申请有：韩国技术研究院申请的发明名称为“供电道路单元为车辆传输电力的系统和方法”的专利，所要解决的技术问题为动态移动无线充电，技术构思为道路铺设线圈的通断控制，实现汽车的行驶充电。

结束语

电动汽车成为世界各国的战略性新兴产业，在十余年的发展历程中，电动汽车数量呈指数增长，市场渗透率逐年攀升。推动电动汽车