電動汽車高效率無線充電技術的探究

孫建

摘要：電動汽車無線充電技術屬于一種全新的能源供給技術，這項技術充分符合了推行電動汽車所倡導的節能、環保及發展低碳經濟的需求，成為往后電動汽車供電技術的主要發展方向。文章專門介紹了多種無線供電技術的類型，通過相互對比得出電磁感應無線供電和電磁共振無線供電兩者供電效率都比較高，非常適合用在電動汽車充電當中。

關鍵詞：電動汽車；高效率；無線充電技術

1 引言

電動汽車的推出和發展，演變成為全球公認的，能夠有效緩解能源緊張問題、環境污染問題的有效手段，因而其對我國的發展而言意義重大。這主要是由于我國在能源的進口上逐年增加，遠遠超過了國際警戒線的標準，其中我國能源總消耗當中有三分之一是車用燃油消耗。所以，推廣和開發出相應的代用燃料以及電動汽車的研發和推廣，都直接成為降低我國燃料消耗的有效手段，能夠有效的環節我國能源緊張和環境污染的問題，真正符合國家可持續發展的戰略要求。文章具體從無線充電技術的詳細類型人手，深入分析了無線充電技術應用在電動汽車中的具體原理，并為此提出了相應的完善建議，期望能夠由此促使該項技術獲得更加產業化及實用化的發展。

2 無線充電技術概述

2.1 強耦合電磁共振無線充電技術

該項無線充電技術于2006年提出，其主要是將電磁諧振原理作為主要理論基礎，并且經過相應實驗后，改研究團隊成功的點亮了兩米之外的點燈炮，由此證明該項實驗的完美成功，成為無線充電技術研究領域當中的技術性飛躍。其具體原理主要建立在電磁諧振理論的基礎上來實現，直接在發送端和接收端配置相同的諧振頻率的諧振線圈，一旦兩者處于適當的距離時，即可給發送端輸送諧振線圈諧振頻率相同的驅動信號和能量等，兩者很容易產生共振反應，能量也可由此源源不斷的直接從發射線圈傳輸到相應的接收線圈當中，并且通過這種形式其電能也可在兩種設備之間實施有效的無線傳輸模式。并且這種無線充電技術模式和其他充電模式相比，存在著較為明顯的優勢，具體表現在以下幾個方面：

（1）電磁共振無線充電技術主要是采用共振的特性來實現能量的傳輸，一般其在能量的損耗上相對較小，具有較大的傳輸距離。（2）能量的傳遞通常發生在電磁共振系統當中，一般都很難直接影響到其共振系統之外的其他物體，所以完全不用擔心其異物是否會直接進入到氣隙當中，最終由此引發一系列的問題。（3）并不要求其發射線圈和接收線圈兩者間是否存在相對應的位置聯系，通常可允許其在一個較為合理的范圍當中，并在此范圍當中保持好相應的傳輸效率。

2.2 電磁感應無線充電技術

該充電技術主要是以磁場為充電媒介，具體利用松耦合變壓器的原理，很容易在其原邊范圍直接產生相應的高頻變換磁場，而在此副邊線圈則容易產生相應的感應電流，從而直接由此為其帶來巨大的負載供電。因為電磁場本身可以直接穿透所有非金屬類的物體，并且相應的電能也可直接隔著多種不同的金屬材料來實現真正傳輸效果，由此將能量直接由傳輸端傳遞至相應的接收端，最終實現無線電器連接的有效電能傳輸。電磁感應式無線充電技術的原理主要是其電源側發射端電源在電網獲取到電能之后，可直接經過整流濾波來獲取到直流電，然后直接由此進入到相應的逆變器當中實施高頻逆變反應，所產生的高頻交變電流在反饋控制信號的作用之下，可直接通過補償電路的作用流入到一次側繞組在空氣的氣隙當中，由此產生高頻交變磁通。電磁感應無線充電屬于目前使用較多的技術類型，如今大量電動汽車實例證明其有效性，意義極其深遠。

2.3 無線電波式無線充電技術

該項充電技術主要是以無線電波為主要原理，也被成為微波，這種微波的頻率一般在300MHz至300GHz之間。通過將微波作為主要傳遞載體，實現其在自由空間當中的能量傳輸形式。無線電波傳輸都具備一定的定向以及可穿透的特性，因此在傳輸的距離可以延伸到比較遠的位置。其從電網直接獲取到電能之后，可直接經過整流電路來將交流直接轉化為直流電，然后可經高頻逆變以及調制電路來轉為微波的形式。通過天線將其發射和接收，透過解調電路直接將微波轉換為電能，最終由整流電路和功率調節的形式將其變換為所需的電流為電池充電。這項充電技術如今也被有效的運用在實際當中，因為微波本身是一種全向輻射的形式，因此其在系統當中進行發射的頻率相對較高，相應的損耗也明顯較大，所以并對于電動汽車無線充電系統而言，并不是最適合的充電技術類型。

3 電動汽車無線充電技術結構及熱點研究

3.1 電力電子拓撲結構及特點分析

電動汽車無線充電系統的目標主要是將電網當中的電能直接傳輸至車載蓄電池當中，所以其電源端其實和電網之間處于相連的狀態。且其負載端和車載蓄電池之間也處于一種相接的狀態。具體的傳輸過程主要包含了無線傳輸和有線傳輸兩種形式。其中有線傳輸主要指電網當中交流電直接通過電磁干擾濾波器來去除其中的雜波，然后進入整流器當中直接轉換為直流的形式。不過，其功率因數校正單元可直接提升功率因數，有線的改善電能質量，而相應的功放電路則可以有效的將相應直流電直接轉換為高頻交流電的形式，然后通過調諧網絡和勵磁線圈兩者所形成的諧振電路當中直接形成正弦交流電。而在接受端，其負載線圈當中所感應到的交流電流可直接通過濾波和整流的形式直接流入到相應的蓄電池當中，從而真正實現蓄電池的充電效果。

通常在電能的無線傳輸環節當中，可直接通過感應耦合的形式，將勵磁線圈所產生的高頻交變磁場通過其相近的發射線圈直接感應出相應的交流電流。而接受線圈可在距離其最近的負載線圈當中感應出相應的交流電流，其在各個環節當中的交流電流頻率均相同。不過，需要注意的是，電動汽車無線充電系統當中的電力電子拓撲結構和相應的有線充電樁主電路拓撲結構極其相似.其具體的區別在于有線充電傳輸當中的線圈結構直接轉變為了變壓器的結構形式，使得發射端的電路和接收端的電路通過變壓器來實現相應的物理連接，最后經過整流濾波來將其接入到電動汽車的充電插口當中。

3.2 磁耦合元件結構分析

磁耦合元件在電動汽車無線充電系統當中能夠真正實現電能和場能兩者的相互轉化，一般都是由高電導率和高磁導率兩者的部件所構成。其中高電導率部件本身屬于電能的導體，具體包含了高頻下的趨膚效應及鄰近效應，一般都是采取銅管和勵磁線繞制而成。而高磁導率部件則是場能的承載體，其屬于構成磁路的重要部分，能夠極大的提升其發射端和接收端的耦合系數，從而有效的降低磁場在汽車金屬部件當中所引起的電渦流損耗，最終增強其系統的功率密度。一般都是采用鐵氧體材料制成。此外，磁耦合元件發射端一般都是固定的類型，而其接收端則可將其劃分為移動式和固定式兩種不同的類型，具體表現為：

（1）固定式磁耦合元件，這種固定式的結構通常直接包含了兩種類型，一是平板式。二是圓柱式類型。一般平板式類型在實際當中的應用范圍較為廣泛。（2）移動式耦合元件，這種移動式的耦合元件，通常其發射端都是一條固定在路基的通電長直軌道，主要由多個沿道路串行布置的磁耦合元件構成，而其接收端則主要安裝在汽車底部位置的平板式耦合器上。

4 結語

綜上所述，電動車無線充電技術和有線充電技術相比，明確更加的方便、安全及可靠，最主要是不存在機械損耗，在后期的維護上更加的方便安全。因此電動汽車無線充電技術往后的發展空間非常廣闊，成為該領域的主要研究方向。