电动汽车无线充电技术研究综述 赖一雄

电动汽车无线充电技术研究综述赖一雄

摘要：WPT技术是电动汽车未来的一种发展趋势。WPT技术因为其运行安全、

灵活便捷、使用成本低等特点，受到越来越多的关注，本文介绍了最为广泛使用

的两种无线充电技术方式，磁场共振式；微波辐射式。对当前的研究现状和热点

问题进行了综述。

关键词：电动汽车无线充电磁耦合谐振

0. 引言：

随着全球环境问题日益变得严峻，电动汽车因具有绿色环保及无排放等特点

得到了快速发展。目前电动汽车的主流充电方式采用插入式充电器，这种充电方

式的缺点明显，比如充电器与汽车接触不良时可能会产生火花、容易磨损、不便

维护。

尽管电动汽车的发展得到了大力支持，其推广还仍然面临着诸多问题。其中，车载电池有限的能量密度和高成本制约其发展。相比于有线充电、更换电池还是

有不少的优势，更换电池的方案存在不同汽车品牌的电池不能互用、换电站要储

备大量电池、维护费用高等问题。相比以上两种方案，无线充电方案将发射线圈

埋入地下，不占据地上空间且无外漏接口，具有运行安全、便捷灵活、维护成本

低等优点，受到了越来越多的关注，电动汽车无线充电系统基本结构。如图 1.1

所示。

KAIST 的 Moon S.等人于 2014 年提出动汽车静态无线充电电磁耦合机构，增加的小线圈

增加了电磁耦合机构的耦合系数，提高了耦合效率，在传输距离 20cm 的情况下，实现了

6.6kW、95.57%的无线能量传输。机构中两个大线圈工作频率为 85kHz，轴中心的小线圈工作

频率高于大线圈为 110kHz，这样就避免了频率分叉现象。同年，KAIST 的 Choi Su. Y.等人提出

了的非对称电磁耦合机构，能量拾取机构远小于发射机构，该机构具有两个明显的优势。首

先它能够较大幅度地增加横向偏移容忍度，其次它具备了良好的电磁场屏蔽功能。

2.2动态无线充电:

相对于电动汽车静态无线充电，动态无线供电的电磁耦合机构结构具有耦合系数低、激

励值高、抗偏移性能差等特点。在动态无线供电电磁耦合机构的结构设计方面，UOA 及KAIST 发表的成果较多且较为典型。动态充电的传输线圈依据发射端的不同，主要分为两种

结构，即集中式供电导轨模式和分段式供电导轨模式，其接收端是安装在汽车底部的接收线圈。发射端通常为一条固定在地面上的通电长直轨道，由利兹线横穿 W 型或 U 型的铁氧体构成。

3 待解决问题和未来发展方向

当前关于无线传输方向性的问题研究的还较少，对于系统偏移角度、偏移距离与传输效

率之间的定量关系，仍未得到一致的结论。对传输线圈间电磁场中的功率随时间变化的规律

及其与系统参数之间的关系，还需要进一步的理论研究。深入分析空间功率密度分布及传递

机理，有助于更好地控制能量传输方向，提高传输效率，合理约束空间电磁场，保证周围电

磁环境安全。

不同谐振网络稳态条件下输入、输出特性的研究已较为成熟，但对于短路和开路等特殊

工况下不同谐振网络中电压、电流变化关系的研究较少。电力电子变换器的接入给传输系统

带来了非线性特征，使得系统性能对参数变化更加敏感，控制方法更加复杂。结合无线传输

的特点，设计并研制高功率因数、低输入阻抗、电路参数兼容性高的电力电子变换器，是当

前及今后研究的主要方向之一。双向无线电能传输技术为电动汽车参与到电网调度，实现与

分布式微电网的友好融合提供了极大的便利。基于 V2G 的电动汽车无线充电系统的优化设计

也是的热点问题。

参考文献

[1]武瑛, 严陆光, 徐善纲. 运动设备无接触供电系统耦合特性的研究[J]. 电工电能新技术, 2005, 24(3):5-8.

[2]武瑛, 严陆光, 徐善纲. 新型无接触电能传输系统的稳定性分析[J]. 中国电机工程学报, 2004, 24(5):63-66.

[3]张献, 杨庆新, 陈海燕等. 电磁耦合谐振式传能系统的频率分裂特性研究[J]. 中国电机工程学报, 2012, 32(9):167-172.