电动汽车无线充电技术研究与应用探讨

电动汽车无线充电技术研究与应用探讨

发表时间：2018-04-11T15:14:23.043Z 来源：《电力设备》2017年第33期作者：乔茜[导读] 摘要：随着社会的飞速发展，随之而来的环境问题也越来越严重，其中能源危机和二氧化碳排放过多导致环境加剧恶化，迫切的需要新能源汽车来代替原有的汽油汽车，其中，近几年电动汽车的关注度尤为明显。

（国网山西省电力公司太原供电公司山西太原 030012）摘要：随着社会的飞速发展，随之而来的环境问题也越来越严重，其中能源危机和二氧化碳排放过多导致环境加剧恶化，迫切的需要新能源汽车来代替原有的汽油汽车，其中，近几年电动汽车的关注度尤为明显。电动汽车选择哪一种充电方式，对于充电汽车的普及有着相当重要的作用。

关键词：电动汽车；无线充电；发展研究引言

电动汽车及其无线充电系统的出现源于目前全球的非可再生能源危机与绿色环保发展大趋势。作为一种创新技术，它依靠动力电池充电来驱动汽车，同时也解决了传统汽车在充电方式方面的弊端问题。 1电动汽车无线充电系统基本理论概述电动汽车无线充电系统与传统汽车的插电式充电系统不同，它在电源侧发射端位置利用电源自电网获得电能，并基于振荡器产生高频振荡电流。这一震荡电流会再经过阻抗来匹配电路及功率放大器来放大电路，为发射线圈周围形成一个非辐射磁场，最终将系统电能转换为磁场。而电动汽车侧面的接收线圈则会接收固有频率电磁波，同时接收来自于电路产生的最强振荡电流，完成磁场到电能的最终转换过程。经过上述一系列物理过程，电流就会经过整流滤波进入无线充电系统的限流调节电路中，为车载电池提供电能，驱动电动汽车。从电动汽车无线充电系统的基本原理可以发现，其磁共振系统中的发射与接收线圈都属于典型的自振系统，而从它们的共振特性还可以得知，系统发射端通过激发接收端共同共振来控制能耗，争取以最低能耗来传输能量。考虑到能量传输完全在共振系统中实施展开，所以它对于共振系统以外的物体基本不会产生任何影响。而且再一点就是它的磁场强度与地球磁场是基本保持在类似水平的，因此它的有效传输距离与传输过程也存在一定范围，可以从几厘米到几米不等。 2电动汽车无线充电系统的控制策略方法研究 2.1软开关的控制策略方法

软开关是电动汽车无线充电系统的能效特性管理单元，它基于串-串联型磁共振式无线电能系统拓扑结构来实现软开关功能，如图1所示。

系统的高频逆变电路处于正常工作状况中，通过两组脉冲信号来控制开关管实现线路导通与关断。具体来讲，这其中S1和S4就采用了同一组开关信号，而S2和S3所采用的是另外一组开关信图1串-串联型磁谐振式无线电能充电系统拓扑结构示意图号。这里还设计了死区空间，其目的就是为了防止同一桥臂的两个开关管处于同一时间实施导通，因为这样可能会造成电路短路或开关器件的直接烧坏。为此，它要求两组开关信号必须做到相位相反。接下来，可以将系统所接收到的脉冲信号再提供给高频逆变电路，但此时要保证逆变电路中的两组开关处于正常的工作状态，保证电源主要通过RLC串联谐振电路的全时段输出来获得正弦交流电源。对于电动汽车无线充电系统来说，它的无线电能传输系统就利用到了软开关，基于检测谐振网络双侧电压来检测过谐振网络电流，保证电流自然过零点。一般情况下电动汽车的无线充电系统都会采用零电流软开关控制方式，首先对原边谐振网络电流进行采样，然后再通过信号传输来保证过零检测电路与控制电路形成控制信号互补，将控制信号传输到系统驱动电路中，并借助高频逆变来激发电路脉冲，最终控制软开关环节。

2.2变频的控制策略方法

电动汽车无线充电系统采用变频控制的目的主要就是基于电能传输系统原边与副边相对位置的变化。为了进一步达到充电系统输出功率与系统功率的稳定要求，必须为充电系统引入控制策略，保证充电系统实现闭环稳定工作。目前，电动车所采用的无线充电系统普遍应用变频闭环控制方式，这里的关键技术就是锁相环控制技术与PI控制技术。其中锁相环控制技术的关键功能就是对汽车电能传输系统的原边与副边进行检测，检测出两边的电流与电压相位差，通过相位差来改变和决定无线充电系统工作频率。一般情况下，锁相环控制技术都会采集高频大功率电流与电压，形成大差别相位，这对于硬件设计要求偏高。相比较而言，PI闭环控制在当前的电动汽车领域则更加常见，它拥有针对汽车电池充电电流的检测系统，通过计算充电电流与设定值偏差来控制电动汽车无线充电系统变频功能，同时也能实现对电池充电的恒流控制。当前电动汽车的无线充电系统还创新推出了恒流限压模式，PI闭环控制同样能满足要求，对主控器电流电压进行检测和比较，分析偏差，保证偏差值不超过设定阈值，实现对系统整体的降频调节。 3发展趋势 3.1技术发展趋势

对电力电子控制算法和拓扑结构的优化和创新。功放电路和调谐（补偿）网络的优化和创新，以及改进控制方法是提高无线充电系统性能的保障。研发出高功率因素，低匹配难度、低输入阻抗的电力电子拓扑结构、更加稳定和精确的控制方法，对无线充电系统偏移裕度、电能传输效率和电路运作稳定性的提高有着尤为重要的意义。公众最为关注的问题就是生物的安全性，无线充电系统要想实现广泛的推广和使用，就必须大力研究安全的无线通用性和智能性的电磁辐射防护方法。通过对一些先进材料引入，如电导率、磁导率等，能够将系统的损耗降至最低，有效提高电能传输效率，目前，充电过程能量损耗的进一步降低因磁电层状复合材料超导材料和超常规电磁材料等新材料的出现和应用变为了可能，也使无限充电系统传输性提供了更宽阔的空间。

3.2应用趋势

汽车行进状态充电技术。电动车的蓄电能力密度低、存储的能力少，而此技术可以将电能发射圈直接藏在道路基面之下，使汽车在行驶的过程中依然能够进行充电，进而让汽车能够行使更长的时间，使之里程数也进一步增加；将无线充电技术结合自动巡航、自动泊车等辅助驾驶技术，可以使无线充电效果和整车驾驶性能得到提高；V2H车辆到住宅、V2X车辆到电网等双向电能传输。通过结合电动汽车和电网智能，能够使削峰填谷的电能调控作业得到最大化的发挥，让电动汽车成为智能化移动储能装置，充分发挥其各项性能。 4电动汽车无线充电技术遇到的技术瓶颈

4.1充电效率问题

从效率的数值上看，和充电效率为95％的插入式充电相比，90％充电效率的无线充电，在实际应用中，用户并不能明显的感受到无线充电的充电效率带来的优势。

4.2缺少统一的技术标准

现阶段，全世界无线电能传输技术主要有：PMA、WPC和A4WP。但这三大标准都有很大的局限性，只能支持小功率的移动终端充电，还没有确立电动汽车无线电能传输技术的国际标准。

4.3kHz和MHz的频率范围和无线充电系统中高频线圈参数，因受到线圈尺寸和两线圈之间充电距离的影响，其优化难度较大 4.4最大的难题是线圈的建设成本

由于基础设施的缺乏，要将该项技术真正的运用到实际当中，也只能在某些高端品牌的高端车型上运用。然而，就算电动汽车用户因为无线充电体验到了其便利所在，但将其进行广泛的推广使用还要看供应商是否买账；停车场线圈建设。要在公路或停车场建设无线充电，线圈必须在修建之前就埋到地下。对于已经修建好的公路和停车场，不可能因为要埋线圈就将其全部进行重修，这种方式，将使建设成本极大的提高，不是很现实。

结束语

文章分析了当前电动汽车无线充电系统工作的基本原理，并探讨了它的软开关与变频控制，确定了该系统的技术控制方案内容，希望为未来电动汽车的快速发展提供更多参考。

参考文献：

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