王艷芳

上汽大眾汽車有限公司南京分公司

電動(dòng)汽車的出現(xiàn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保發(fā)展具有重要意義?；陔妱?dòng)汽車動(dòng)力能源問題，現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)不斷增加充電電樁與充電站數(shù)量，但是為更好的應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車充電問題，還需要從專業(yè)技術(shù)上進(jìn)行優(yōu)化。其中，無線充電技術(shù)的應(yīng)用，可以更好的應(yīng)對(duì)電池容量限制問題，延長電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程。

一、無線充電技術(shù)原理

無線充電可以說是近年來開發(fā)出的一種新型技術(shù)，在很大程度上改變了產(chǎn)業(yè)設(shè)備以及電動(dòng)汽車的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，開創(chuàng)出一片全新的市場(chǎng)。而無線充電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，即通過電磁場(chǎng)或電磁波來傳遞能量。其中無導(dǎo)線分為電磁共振式、電磁感應(yīng)式以及電磁輻射式，可將電磁感應(yīng)應(yīng)用于低功率、近距離傳輸；電磁共振則更適用于中等距離、中等功率的傳輸；電磁輻射則適用于大功率、遠(yuǎn)距離傳輸。對(duì)于以往的出現(xiàn)方式來講，反復(fù)拔插不僅安全系數(shù)較低，并且磨損嚴(yán)重可使用時(shí)間較短，再加上市場(chǎng)上存在眾多類型的電線、充電器以及插座，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。在此背景下無線充電技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中便具有較大的優(yōu)勢(shì)，不僅可以保證輸電過程的安全性，并且還可以排除電線架設(shè)作業(yè)。在實(shí)際應(yīng)用中，變壓器疏松耦合非接觸式可達(dá)到無物理連接下的電能傳輸，將系統(tǒng)變壓器緊密型耦合磁路分開，初、次級(jí)繞組繞在不同磁性結(jié)構(gòu)上，這樣便可以在進(jìn)行物理連接的基礎(chǔ)上，完成電源與負(fù)載單元之間的能量傳遞[1]。并且，在一次側(cè)、二次側(cè)之間可通過電磁感應(yīng)來達(dá)到電能傳輸?shù)男Ч?，氣隙造成的耦合系?shù)降低，還可以通過一次側(cè)輸入電源頻率的提高進(jìn)行補(bǔ)償。

二、主要無線充電技術(shù)類型

1.感應(yīng)式無線充電

現(xiàn)在電動(dòng)牙刷、手機(jī)以及筆記本等無線充電均應(yīng)用的為感應(yīng)式無線充電技術(shù)，電能傳輸距離較短，在汽車無線充電中應(yīng)用還比較少。以功率為對(duì)象，可以將電動(dòng)汽車感應(yīng)充電系統(tǒng)劃分為三個(gè)等級(jí)，即1～3kW的應(yīng)急用小功率充電器；5～25kW的中等功率充電器，可持續(xù)充電4～8h；75～300kW的快速充電器/柜[2]。將其應(yīng)用到電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)內(nèi)，可以將發(fā)射系統(tǒng)埋設(shè)在地面以下，并在汽車底盤設(shè)置接收線圈，充電時(shí)發(fā)射線圈將會(huì)與接收線圈之間產(chǎn)生感應(yīng)耦合，形成一個(gè)可分離變壓器，通過線圈之間的高頻電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸，達(dá)到充電目的。即電網(wǎng)工頻交流電經(jīng)過整流與逆變處理后，被轉(zhuǎn)化為高頻交流電，然后通過補(bǔ)償電路到達(dá)原邊發(fā)射線圈，同時(shí)形成高頻電磁場(chǎng)，最后電動(dòng)汽車所設(shè)置的接收線圈便可以利用的電磁場(chǎng)的作用對(duì)原邊電能進(jìn)行吸收，通過高頻整流、電池管理電路等環(huán)節(jié)，完成負(fù)載電池的充電。就實(shí)際應(yīng)用效果來看，感應(yīng)式無線充電技術(shù)在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用，工作頻率比較低，多為幾十到幾百kHz之間，可滿足kW級(jí)功率無線傳輸，尤其是較短距離的傳輸效率可以達(dá)到90%以上，可以將之作為電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的主要研究對(duì)象。

2.諧振式無線充電

此種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，主要是通過電磁諧振無線電能傳輸，即具有相同自振頻率的兩個(gè)線圈之間可以通過電磁場(chǎng)進(jìn)行高效傳能，但是對(duì)于頻率不同的物體，不會(huì)受到磁場(chǎng)影響，可以將其看作為一種近場(chǎng)非輻射電能傳輸技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)通過電網(wǎng)來獲取電能，通過整流濾波和高頻逆變后，工頻交流電將會(huì)產(chǎn)生高頻交流電，再經(jīng)過功率放大電路以及阻抗匹配電路發(fā)送到發(fā)射線圈，如果發(fā)射線圈與系統(tǒng)的諧振頻率相同，則發(fā)射線圈電流將會(huì)達(dá)到最大，產(chǎn)生最強(qiáng)磁場(chǎng)。假如接收線圈具有相同自振頻率，便會(huì)通過磁場(chǎng)產(chǎn)生很強(qiáng)的耦合，達(dá)到高效傳輸電能的目的。對(duì)于此種技術(shù)來講，接收線圈內(nèi)的電能經(jīng)過整流濾波與調(diào)節(jié)電路，便可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載電池的充電[3]。并且，整個(gè)充電系統(tǒng)還能夠通過反饋控制環(huán)節(jié)來維持系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與高效性，在電動(dòng)汽車無線充電中具有較高的效率。對(duì)比感應(yīng)式無線充電技術(shù)，諧振式無線充電技術(shù)可以滿足更遠(yuǎn)距離的充電，小范圍的位置變化敏感度較小，傳輸效率也更高。

三、無線充電技術(shù)優(yōu)化

1.磁耦合機(jī)構(gòu)優(yōu)化

動(dòng)態(tài)無線供電導(dǎo)軌主要分為連續(xù)單線圈、雙磁極以及矩形長線圈幾種類型。其中，矩形長線圈導(dǎo)電導(dǎo)軌存在不同形式的接收端結(jié)構(gòu)，為改善側(cè)移能力的缺陷，可以通過雙D形式與新型雙極型接收端改善。另外，三相交流激勵(lì)能量發(fā)射導(dǎo)軌作為一種新型形式，可有效消除三相交流電源存在的交叉耦合問題，并增加了能量拾取機(jī)構(gòu)橫向偏移容忍度。雙磁極型供電導(dǎo)軌可以對(duì)磁通路徑進(jìn)行調(diào)整，將與車輛行進(jìn)方向垂直改變?yōu)榕c車輛行進(jìn)方向一致方式，可有效提高功率密度，尺寸也更為緊湊，并且還降低了絲攻難度，側(cè)移適應(yīng)性更強(qiáng)。

2.電磁兼容動(dòng)態(tài)

無線電能傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，主要是通過高頻磁場(chǎng)作為基礎(chǔ)，自身工作頻率比較高，電磁環(huán)境復(fù)雜度高，在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合頻率配置、磁屏蔽設(shè)計(jì)、剩磁設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)以及軟件抗擾設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析。一般可通過鐵磁性材料，來對(duì)磁耦合線圈自感與互感系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，不僅可以增強(qiáng)其耦合性能，同時(shí)還可以對(duì)磁場(chǎng)空間分布約束進(jìn)行優(yōu)化，降低磁路損耗，但是無法保證屏蔽效果達(dá)到預(yù)期?，F(xiàn)在金屬屏蔽方法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到射頻場(chǎng)合內(nèi)，能夠有效抑制高頻磁場(chǎng)電磁干擾。

結(jié)束語：

電動(dòng)汽車使用數(shù)量在不斷增加，而提高其續(xù)航里程數(shù)，必須要解決充電問題。無線充電技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)綜合分析各項(xiàng)條件，對(duì)其存在的缺陷進(jìn)行調(diào)整和完善，促使無線充電技術(shù)可以得到更好的發(fā)展。

[1]朱春波，姜金海，宋凱，張千帆.電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無線充電關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2017，41(02)：60-65+72.

[2]張坤.電動(dòng)汽車無線充電關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2016.

[3]孔杰.具有反饋調(diào)節(jié)功能的電動(dòng)汽車無線充電關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2013.