游文皓　湯超龍

（華南農業(yè)大學，廣東廣州　510642）

智能無線充電公路控制系統(tǒng)的探究性設計

游文皓湯超龍

（華南農業(yè)大學，廣東廣州510642）

目前，全球范圍內的電動汽車數(shù)量已然顯現(xiàn)出了激增的態(tài)勢。由此帶來的汽車充電技術問題也成為了制約電動汽車普及的決定性因素。如何在已有的低壓充電、快速充電的基礎上發(fā)展出更為安全便捷的汽車充電方式，成為電力傳輸?shù)闹匾n題。本文通過對國內外無線充電研究的參考借鑒，提出了公路無線充電系統(tǒng)的設計方案，并對其可行性進行了分析。

智能無線充電公路控制系統(tǒng)探究性設計

1　汽車與無線充電

汽車的發(fā)展引起了地球資源的過大消耗。清潔能源的利用成為了世界能源發(fā)展的重要問題。近年來，我國各部委推行了一系列政策法案支持和鼓勵新能源汽車的發(fā)展，并取得了一定的成效，然而，汽車充電速度和效率等問題卻嚴重制約著我國電力汽車行業(yè)的發(fā)展。如果能夠將無線充電技術運用到電力機車的充電上來，無疑將解決電動汽車在行駛途中充電速度慢、效率低的難題，這將從根本上加速電動汽車普及。

2　無線充電技術原理

無線充電技術即不需要電纜就能夠將電力進行輸送的一項技術。無線充電技術根據(jù)無線輸電在空間不同的傳輸距離，有三種基本的傳輸形式：電磁感應短程傳輸、電磁耦合共振中程傳輸和微波激光遠程傳輸。其中，電磁耦合共振式傳輸由于其具有傳輸距離合適、傳輸效率較高的特點，在無線電力傳輸?shù)脑O計中占主導地位。

3　公路無線充電系統(tǒng)設計

3.1電磁線圈的布置

根據(jù)電磁耦合共振電力傳輸技術的原理，電力傳輸?shù)难b置需要包含兩個震蕩電路，即兩個相同頻率的電磁線圈：其中一個是發(fā)射裝置，與能量源相連，它利用振蕩器產生高頻振蕩電流，將電能轉換成磁場；另外一個是接收裝置，與電力機車的發(fā)動機相連，當該接收裝置收到發(fā)射裝置產生的同頻電磁波時，線圈中產生相應的振蕩電流，以此完成電能到磁場再到電能的轉換。

3.2汽車位置傳感

在智能公路中埋設與電動汽車相匹配的無線充電線圈。利用電磁感應式傳感技術及單片機技術將行車感應信號感應信號轉化為數(shù)字信號傳至測控主機，使測控主機能夠及時準確開啟、關閉充電線圈。

3.3測控主機的設計

圖1　系統(tǒng)整體示意圖

測控系統(tǒng)分為智能公路上的單片機系統(tǒng)（采集終端）和匯總數(shù)據(jù)進行控制的主機系統(tǒng)（主控終端）。智能公路的狀態(tài)需要回傳回主機，為了追求鏈路穩(wěn)定，一般使用線纜進行數(shù)據(jù)傳輸。要求主機不僅能與智能公路進行通信，將數(shù)據(jù)采集回來，同時也應能夠發(fā)送命令控制智能公路如圖1所示。

3.4軟件功能設計

主控終端的軟件應對多個采集終端的數(shù)據(jù)進行收集，并能夠實時對智能公路現(xiàn)在的狀況進行判別和分析，并下傳是否進行無線充電的指令。同時，主控終端還應依據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)給每一輛車計算充電耗電量并儲存。采集終端的軟件應與主控終端始終保持連接，并能夠滿足以下幾個條件：（1）將收集到的汽車ID號回傳主控終端；（2）將傳感器的數(shù)據(jù)回傳主控終端；（3）在主控終端發(fā)出充電開始的信號時，采集終端應能夠啟動電磁線圈，對附近的電力機車進行充電；（4）測量該終端用來提供無線充電的電壓電流值，回傳主控終端。

3.5硬件系統(tǒng)設計

由于電動汽車的特殊使用環(huán)境和條件，其無線充電技術有以下特點：發(fā)射線圈和接收線圈存在位置偏移；車載裝置（接收線圈）必須要小型輕量化；電磁輻射安全問題需要得到得當處理；要對設備進行成本控制。因此，在采用采用共振式作為無線充電方案的基礎上，共振式無線充電系統(tǒng)的發(fā)射電路還應設計功率放大器和振蕩器和源線圈，考慮到高頻集膚效應影響，應采用表面光滑且導電性能好的紫銅材質，同時，應采用螺旋狀的振蕩器并按照同軸放置原則將其組裝，以確保傳輸效率的最大化。

4　可行性分析

美國、日本和中國國內對無線充電的研究已初見成果。其中，重慶大學自動化學院研制出的無線電能傳輸裝置傳輸效率達70%。無線電力傳輸是完全有能力實現(xiàn)的，如何提高其傳輸?shù)男剩沟脽o線電力傳輸真正能夠實現(xiàn)成本控制下的商業(yè)化運用是無線充電技術的關鍵。在控制系統(tǒng)的設計上，合理借鑒已有的智能電力控制系統(tǒng)及電磁感應等傳感模式，針對靈敏度測試、安全測試以及電力分配系統(tǒng)調控等重難點問題對系統(tǒng)進行分區(qū)試驗和反復調試，從理論上講，是完全能夠實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的設計的。重點在于對系統(tǒng)的嚴密性的把握及操作的簡化。

5　結語

智能無線充電公路控制系統(tǒng)的設計研究，將為電動汽車續(xù)航問題以及電能如何分配問題的解決提供有益借鑒，推動電動汽車的發(fā)展與普及、減輕城市公路系統(tǒng)的污染，達到智能分配電能的效果，推進社會的可持續(xù)發(fā)展。

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