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大學(xué)生方程式賽車無線充電技術(shù)的原型設(shè)計(jì)和評估

改善城市空氣質(zhì)量而需要降低交通運(yùn)輸業(yè)排放的CO2，因此低燃油消耗率和低排放的動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)引起專家學(xué)者的廣泛關(guān)注，環(huán)境友好型汽車如混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車正逐步邁入全球市場。然而，純電動(dòng)汽車還存在技術(shù)瓶頸，如電池儲能有限導(dǎo)致車輛行駛里程較短以及充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后。雖然純電動(dòng)汽車距離市場化還有一段距離，但純電動(dòng)汽車在賽車領(lǐng)域中的發(fā)展速度較快，充電式F1方程式賽車就是一個(gè)很好的例子。全球各地的大學(xué)組織了各種各樣的汽車比賽，涵蓋了混合動(dòng)力、插電式混合動(dòng)力、太陽能和純電動(dòng)汽車，這些比賽促進(jìn)了汽車技術(shù)的發(fā)展和電動(dòng)汽車的市場推廣。提出一種基于方程式賽車用于純電動(dòng)汽車的無線充電技術(shù)，該充電技術(shù)不僅可以用于靜態(tài)的無線充電，而且可用于行車中的動(dòng)態(tài)充電，這意味著電池在車輛行駛過程中也可以充電。介紹了大學(xué)生方程式賽車的結(jié)構(gòu)，并將賽車的驅(qū)動(dòng)改為純電驅(qū)動(dòng)，并加裝了電池系統(tǒng)，以研究動(dòng)態(tài)車載無線充電系統(tǒng)。本文使用的樣車是世界上唯一可以在行駛過程中充電的電動(dòng)汽車。

從某個(gè)角度看，使用無線充電技術(shù)的電動(dòng)汽車在一定程度上類似于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，兩個(gè)系統(tǒng)都是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，且車輛運(yùn)行中車載儲能系統(tǒng)都能充電，不同點(diǎn)是無線充電電能傳輸系統(tǒng)從嵌入式功率軌道獲得電能給電池充電，即無線電能傳輸系統(tǒng)直接利用來源于電網(wǎng)的電能，電池系統(tǒng)是備用的能量儲存系統(tǒng)而不是作為全部的動(dòng)力來源。無線電能傳輸系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成：帶有磁場發(fā)生器的電能供應(yīng)系統(tǒng)和車載電能傳感器系統(tǒng)。電能通過磁場里的諧振線圈傳遞能量，在電能供應(yīng)子系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換器傳送商業(yè)用電，也就是三相480V電源，頻率在60Hz～20kHz之間，單相交變電流可達(dá)200A。產(chǎn)生的這個(gè)電流通過地下軌道傳遞，接收裝置是一個(gè)諧振頻率為20kHz的電感線圈，該線圈被安裝在車輛上，當(dāng)車輛運(yùn)行時(shí)該裝置即可收集產(chǎn)生的電能。

隨著新型無線充電電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的出現(xiàn)，可以減小車輛電池系統(tǒng)的尺寸，但儲能總量和行駛里程基本保持不變，本文介紹的動(dòng)力系統(tǒng)是未來其它小型電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的基礎(chǔ)。無線充電技術(shù)的優(yōu)化和動(dòng)力系統(tǒng)的改進(jìn)，使新一代概念車有望達(dá)到大學(xué)生方程式賽車性能標(biāo)準(zhǔn)。

刊名：International Journal of Automotive Technology（英）

刊期：2014年第7期

作者：I. S. SUH et al

編譯：于立嬌