電動汽車無線充電技術發展概況

趙向曉

摘要：近年來，隨著全球資源環境極度污染以及石油資源的嚴重匱乏，推動了電動無線充電汽車的飛速發展，未來電動汽車供電模式也將會朝著此方向不斷發展創新，目前，開發大功率、高效率、強側移適應能力、低電磁輻射、成本適中的動態無線供電系統，已成為國內外各大機構研究機構的主要研究熱點。本文就電動汽車無線充電技術體系、類別及研究熱點進行綜述。

關鍵詞：電動汽車；無線充電技術（WCT）；動態無線供電系統

前言：

電動汽車無線充電技術（WCT）是應用于電動汽車充電的非直接接觸式電能傳輸技術，其可通過埋于地下的供電導軌以高頻交變磁場的形式將電能傳輸給運行在地上一定范圍內的車輛電能接收端，以實現車載儲能設備供電，從而減少電動汽車搭載的電池組，延長其續航里程，保證安全、便攜供電[1]。其可通過非接觸的方式使行駛過程中的電動汽車不斷地擁有能量供給來源，實現安全、智能、高效率的電動汽車使用，為人們的生活帶來便利。因此本文就電動汽車無線充電技術類別及研究熱點進行綜述，為動態無線供電技術的應用發展提供思路和依據[2]。

1.電動汽車無線充電技術類別

無線電能傳輸方式包含遠場區傳輸和近場區傳輸兩大類。

1.1遠場區

遠場區是可以采用Maxwell方程來分析的位于場源2D2/λ+λ距離以外的一類系統，遠場區內起主要作用的是輻射場，其內電磁波可近似看作平面波，工作頻率高于300MHz，遠場區的分析工作不可應用集總參數方式進行，其重要原因在于天線尺寸與波長相當，遠場區無 線電能傳輸技術可根據原理不同劃分為可分為微波式和激光式[3]。

1.2近場區

近場區是可采用Faraday電磁感應定律分析的包含輻射近場區和感應近場區的距離場源的2D2/λ+λ以內的一類系統，其工作頻率范圍是10kHZ-100MHz，近電場根據耦合方式的不同可分為磁場耦合式和電場耦合式兩大類，由于其具有發射與接收設備尺寸均小于λ/10的特點，因此適用于集總參數法，在電動汽車無線充電系統中近電場廣泛被使用[4]。

2.電動汽車無線充電技術研究熱點

2.1磁耦合元件結構

磁耦合元件結構是由高磁導率部件和高電導率部件組成的在電動汽車無線充電系統中組成的可實現電能和場能相互轉化的元件[5]。高磁導率部件是可通過提高發射端與接收端耦合系數，降低電動汽車金屬部件內磁場引起的電渦流損耗的常用鐵氧體材料制成的場能載體。高電導率部件通常是由銅管或利茲線繞制而成的具有趨膚效應和臨近效應的載體[6]。

2.1.1固定式磁耦合元件

固定式磁耦合元件是指包含有將螺旋線圈在鐵磁性材料上平行布置的平板式結構以及在鐵磁性材料上繞制螺線管式線圈的圓柱式結構。有研究學者通過進行平板式磁耦合元件的設計實驗做出了第1代和第2、3代平板式磁耦合的元件結構，其中第一代平板式磁耦合元件是圓形的充電平板，而第2、3代磁耦合元件的設計采用的分別是DD形平板和DDQ形平板[7]。

2.1.2移動式磁耦合元件

移動式磁耦合元件通常以由多個沿道路串行布置的磁耦合元件構成的固定在路基的通電長直軌道作為發射端，安裝在電動無線充電汽車底部的平板式耦合器作為發射端。車載平板式耦合器是在電動汽車行駛的過程中激發出電流而實現的電動汽車行駛過程中的持續性充電過程[8]。

2.2無線充電（WPT）

無線充電又稱作無線供電（WPT），WPT可在電動無線汽車行駛過程中通過頻繁充電使電池容量減少，從而減輕了電動汽車的重量，使能量充分被利用。無線充電技術主要分為射頻WPT、電磁感應式WPT及電磁共振式WPT，以下將對其做詳細介紹。

2.2.1射頻WPT

射頻WPT又被稱作是微波WPT，就是以微波（頻率在300MHz- 300GHz之間的電磁波）為載體在自由空間無線傳輸電磁能量的技術。微波無線供電系統通過微波原將電能轉變成微波，微波由天線發射。經長距離的傳播后再由天線接收，最后經微波整流器等重新轉換為電能使用。

2.2.2電磁感應式WPT

電磁感應式WPT是一種近距離的無線電能傳輸技術，是目前最常使用的較為成熟的無線供電傳輸技術。其無線電能傳輸是基于電磁感應原理來進行的，將變壓器進行一次、二次分離從而進行無線電能的傳輸，從而實現無線供電系統的有效供電[9]。

2.2.3電磁共振式WPT

電磁共振式WPT與電磁感應式WPT相比， 可顯著提高能量的有效耦合及變壓器的傳輸效率，并且可以減少非接觸變壓器繞組間錯位，可通過合理設置激勵頻率向指定電器供電，提高安全性。在中小距離場合，電磁共振式WPT因傳輸效率相對較高，更適合于無線電的汽車的充電[10]。

結語：

本文就電動汽車無線充電技術類別及研究熱點進行綜述，可以看出電動汽車無線充電技術具有非常廣泛的應用價值和發展前景，并且具有開發大功率、高效率、強側移適應能力、低電磁輻射、成本適中的優點，為今后電動無線充電汽車技術的發展提供了可靠的理論基礎。

參考文獻：

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[5]李庚午.磁耦合諧振式無線電能傳輸系統傳輸功效的優化與研究[D].沈陽工業大學，2017.

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[10]周路菡.無線充電技術：機遇與挑戰[J].新經濟導刊，2017（10）：70-74.