肖紅千

（廈門(mén)金龍旅行車(chē)有限公司，福建 廈門(mén) 361000 ）

1 無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)發(fā)展概況

19世紀(jì)30年代，邁克爾·法拉第發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)的變化將在電線(xiàn)中產(chǎn)生電流。2007年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的馬林·索爾賈?？说热嗽跓o(wú)線(xiàn)電力傳輸方面取得了新進(jìn)展，用2 m外的電源，“隔空”點(diǎn)亮了一盞60W的燈泡。

無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)是近幾年才開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興行業(yè)，未來(lái)有著廣泛的發(fā)展空間。目前已經(jīng)有手機(jī)、數(shù)字照相機(jī)等電子產(chǎn)品采用無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)。隨著中國(guó)新能源汽車(chē)的快速發(fā)展，新興的無(wú)線(xiàn)充電方式，能滿(mǎn)足客戶(hù)多樣化充電方式需求。

目前有以下3種無(wú)線(xiàn)充電方式，其對(duì)比見(jiàn)表1。充電插座燒焦、冒煙、起火等問(wèn)題出現(xiàn)。

2）充電機(jī)采用的充電槍制造廠(chǎng)家，與車(chē)輛上的充電插座制造廠(chǎng)家制造工藝水平不一樣，會(huì)存在尺寸誤差大、充電槍與充電插座接觸不良的情況，會(huì)導(dǎo)致充電時(shí)充電插座燒焦、冒煙、起火等問(wèn)題出現(xiàn)。

3）傳導(dǎo)式充電系統(tǒng)，對(duì)充電操作人員要求多，如果未按照標(biāo)準(zhǔn)操作，會(huì)出現(xiàn)充電槍與車(chē)輛充電插座插接不到位，導(dǎo)致充電槍與車(chē)輛充電插座接觸不良。充電槍的操作也不便利，充電結(jié)束后，如果操作人員忘記將充電槍歸位，充電槍的電纜在地面被車(chē)輛碾壓，導(dǎo)致線(xiàn)束損壞漏電，給充電帶來(lái)不安全的因素。

表1 3種無(wú)線(xiàn)充電方式對(duì)比

2 電動(dòng)客車(chē)傳導(dǎo)式充電系統(tǒng)介紹

目前純電動(dòng)客車(chē)基本采用傳導(dǎo)式充電系統(tǒng)，通過(guò)非車(chē)載充電機(jī)的充電槍與車(chē)輛充電插座連接，然后給動(dòng)力電池充電。目前主要存在以下問(wèn)題。

1）充電槍與充電插座經(jīng)常使用，多次插拔后會(huì)存在充電槍與車(chē)輛充電插座之間的接觸面磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致充電時(shí)

3 電動(dòng)客車(chē)無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示，將電源管理模板、發(fā)射線(xiàn)圈、接收線(xiàn)圈、高壓配電柜、電池管理系統(tǒng)、動(dòng)力電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、起動(dòng)蓄電池、無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器、顯示屏、WiFi以及身份識(shí)別模塊等組成無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)。

3.2 工作原理

如圖2所示，電源管理模塊控制發(fā)射線(xiàn)圈將工業(yè)電源按照一定的頻率變化，從而產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)。磁力線(xiàn)通過(guò)接收線(xiàn)圈，接收線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出交流電給車(chē)載整流器，車(chē)載整流器將交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流，通過(guò)高壓配電柜中的充電繼電器給車(chē)輛動(dòng)力電池充電。

為保證車(chē)載充電系統(tǒng)各電器件的低壓工作電源的平衡，在充電時(shí)，需要啟動(dòng)DC/DC轉(zhuǎn)換器，將動(dòng)力電池的高壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓電源給車(chē)輛起動(dòng)蓄電池補(bǔ)電。

圖1 無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

進(jìn)入充電階段時(shí)，電池管理系統(tǒng)檢測(cè)動(dòng)力電池狀態(tài)，通過(guò)CAN總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)信息、控制信息和故障信息的傳遞交互，無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器通過(guò)WiFi及身份識(shí)別模塊與地面的電源管理模塊進(jìn)行通信交互，從而實(shí)現(xiàn)智能充電。

3.3 充電控制策略

充電控制策略原理框圖見(jiàn)圖3。

從顯示屏上啟動(dòng)無(wú)線(xiàn)充電，該啟動(dòng)命令通過(guò)WiFi傳送給地面電源管理模塊，電源管理模塊控制發(fā)射組件發(fā)射電磁能量，啟動(dòng)無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)工作后，檢測(cè)到車(chē)載整流器的開(kāi)啟充電信號(hào)有效，按照國(guó)標(biāo)GB/T 27930與車(chē)載整流器進(jìn)行通信交互，建立正常的通信后，電池管理系統(tǒng)控制閉合充電繼電器，開(kāi)始充電。然后閉合DC/DC繼電器，發(fā)啟動(dòng)命令給DC/DC轉(zhuǎn)換器，啟動(dòng)DC/DC轉(zhuǎn)換器，給起動(dòng)蓄電池補(bǔ)電。充電過(guò)程中，車(chē)載整流器根據(jù)電池管理系統(tǒng)的充電需求，輸出相應(yīng)的電壓和電流給動(dòng)力電池充電；無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器檢測(cè)車(chē)輛充電狀態(tài)信息，發(fā)送相應(yīng)的控制報(bào)文經(jīng)過(guò)WiFi無(wú)線(xiàn)傳輸給地面充電設(shè)備，地面充電設(shè)備根據(jù)控制報(bào)文內(nèi)容調(diào)整電磁能量的發(fā)射。當(dāng)充滿(mǎn)電后，電池管理系統(tǒng)通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)停止充電報(bào)文，車(chē)載整流器停止電力輸出，無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器發(fā)送相應(yīng)的控制報(bào)文，經(jīng)過(guò)WiFi無(wú)線(xiàn)傳輸給地面充電設(shè)備，地面充電設(shè)備停止電磁能量發(fā)射。

3.3.1 充電過(guò)程

圖2 無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)工作原理

車(chē)輛進(jìn)行充電時(shí)，車(chē)輛駛?cè)氤潆娢簧厦胬种苿?dòng)停車(chē)，然后在顯示屏上進(jìn)入“充電界面”啟動(dòng)充電，顯示屏發(fā)送啟動(dòng)指令給無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器，無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器發(fā)射車(chē)載控制器控制報(bào)文，經(jīng)過(guò)WiFi無(wú)線(xiàn)傳輸給地面充電設(shè)備的電源管理模塊，電源管理模塊控制發(fā)射線(xiàn)圈發(fā)射電磁能量，啟動(dòng)充電系統(tǒng)。

無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器發(fā)送控制信號(hào)給車(chē)載整流器，車(chē)載整流器輸出開(kāi)啟信號(hào)給電池管理系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 27930 與車(chē)載整流器通信交互，發(fā)送與接收充電報(bào)文。建立正常的通信后，電池管理系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)閉合高壓配電柜中的充電繼電器，開(kāi)始充電。為保障車(chē)輛充電時(shí)低壓供電電源，啟動(dòng)充電后，電池管理系統(tǒng)發(fā)控制信號(hào)給高壓配電柜閉合DC/DC繼電器，并發(fā)DC/DC控制報(bào)文控制DC/DC轉(zhuǎn)換器工作。電池管理系統(tǒng)檢測(cè)到動(dòng)力電池已經(jīng)充滿(mǎn)電后，按照國(guó)標(biāo)GB/T 27930要求發(fā)停止充電報(bào)文給車(chē)載整流器，停止充電。

3.3.2 保護(hù)策略

圖3 充電控制策略原理框圖

1）若地面充電設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器監(jiān)測(cè)到充電設(shè)備狀態(tài)報(bào)文有故障時(shí)，發(fā)控制信號(hào)給車(chē)載整流器，車(chē)載整流器停止電力輸出，并按照國(guó)標(biāo)GB/T 27930要求發(fā)停止充電報(bào)文給電池管理系統(tǒng)，停止充電。

2）若DC/DC轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障，DC/DC轉(zhuǎn)換器發(fā)送故障狀態(tài)報(bào)文給電池管理系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)讀取到故障信息后通過(guò)通信報(bào)文告知車(chē)載整流器停止電力輸出，無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器發(fā)送控制報(bào)文給地面充電設(shè)備停止電磁發(fā)射。

3）充電過(guò)程中，若電池管理系統(tǒng)與DC/DC轉(zhuǎn)換器CAN通信報(bào)文中斷，電池管理系統(tǒng)通過(guò)通信報(bào)文告知車(chē)載整流器停止電力輸出，無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器發(fā)送控制報(bào)文給地面充電設(shè)備停止電磁發(fā)射。

3.3.3 提前中止充電

當(dāng)用戶(hù)需要提前中止充電時(shí)，進(jìn)入顯示屏的“停機(jī)界面”停止充電，顯示屏發(fā)停止命令給無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器，無(wú)線(xiàn)充電車(chē)載控制器發(fā)送車(chē)載控制器控制報(bào)文給地面充電設(shè)備停止電磁發(fā)射，并發(fā)送控制信號(hào)給車(chē)載整流器，車(chē)載整流器停止電力輸出，并按照國(guó)標(biāo)GB/T 27930要求發(fā)停止充電報(bào)文給電池管理系統(tǒng)，停止充電。

4 結(jié)束語(yǔ)

常規(guī)的純電動(dòng)公交客車(chē)充電技術(shù)，采用傳導(dǎo)式槍式直流充電系統(tǒng)，通過(guò)非車(chē)載充電機(jī)的充電槍和車(chē)輛充電插座連接在一起。充電站占地空間大，充電站的管理成本高，充電槍與車(chē)輛充電插座磨損嚴(yán)重，從而導(dǎo)致接觸不良、觸點(diǎn)發(fā)熱燒焦、充電槍與車(chē)輛插座使用壽命太短等問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)提供一種便捷、可靠的充電方式，增加用戶(hù)的充電體驗(yàn)，具備以下優(yōu)點(diǎn)。

1）無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)利用磁共振、電磁感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)充電機(jī)與動(dòng)力電池的能量傳輸，沒(méi)有外露的連接器，徹底避免漏電等安全隱患。

2）無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)沒(méi)有充電槍和充電電纜等活動(dòng)裝置，不存在機(jī)械磨損、尺寸控制誤差等導(dǎo)致接觸不良的問(wèn)題。

3）不存在車(chē)輛碾壓充電電纜和充電槍等問(wèn)題。

4）采用無(wú)線(xiàn)充電的充電站，占地面積小，保證在用地緊張的城市可以興建充電站，采用無(wú)線(xiàn)充電，可以將充電設(shè)備隱蔽在地下，讓汽車(chē)在停車(chē)處或者街邊特殊的充電點(diǎn)充電。

5）無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)充電操作簡(jiǎn)單，減輕充電操作人員的工作量。

［1］ GB/T 27930—2015，電動(dòng)汽車(chē)非車(chē)載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議［S］.

［2］ GB/T 29772—2013，電動(dòng)汽車(chē)電池更換站通用技術(shù)要求［S］.

［3］ GB/T 19596-2004，電動(dòng)汽車(chē)術(shù)語(yǔ)［S］.