電動汽車充電技術及應用研究

謝倩媛，徐 倩

（山東愛普電氣設備有限公司，山東 濟南 250101）

0 引 言

現階段，我國正發展低碳經濟，新能源技術和節能減排技術是重中之重。因此，本文重點研究了電動汽車無線充電技術。

1 電動汽車無線充電技術

1.1 感應式充電技術

目前，眾多電動汽車充電技術中，感應式無線充電設計得到了廣泛的應用。感應式無線供電技術具有很多特點，如工作頻率低，通常在幾十到幾百赫茲之間，千瓦級功率的無線傳輸可以更好地實現，實際進行近距離傳輸時，輸出功率可以達到95%以上。

1.2 諧振式無線充電技術

系統主要吸收的是電網中的電力能源，通過高頻逆變和整流濾波，工頻交流電可以產生高頻交流電，然后通過功率放大電路和阻抗匹配電路，將其傳送到發射線圈，當出現了相同的發射線圈系統頻率和自諧振頻率時，發射線圈會產生十分大的電流能源，進而使磁場的電流不斷增強。可以利用整流濾波和接收線圈中存在的電能對負載電池進行充電。同時，為更好地保證整個系統的穩定性和高效性，可以使用反饋控制環節。

2 電動汽車無線充電技術的特點

2.1 遠場區

遠場區是距離場源2D2/l+l以外的區域，其中D為發射圈最大的直徑，1為電磁波波長。輻射場在遠場區起主導作用，電磁波可以看做是平面波，實際工作頻率要高于300 MHz，可以使用Maxwell方程分析這種類型的系統，但由于波長和天線的實際尺寸幾乎相同，所以整個工作工程不能使用集總參數方式進行分析。由于具有不相同的原理，所以微波式無線電能傳輸技術能夠實現遠距離傳輸。但是由于輻射功率與傳輸的距離為反比，并且遠場區大功率的傳輸受法律規定的制約，所以這項技術只能被使用到小型的設備中。激光式無線電能的傳輸技術可以進行長距離電力傳輸，同時其尺寸較小，受周圍環境電磁的干擾也較小，但其轉化率還需提高，且大氣散射和吸收會出現額外的損耗。

2.2 近場區

距離場源2D2/l+l以內的區域，稱作近場區，整個區域主要包含感應近場區和輻射近場區，其分界邊界。10～100 MHz為近場區的工作頻率范圍，此系統可以通過法拉第電磁感應定律進行分析。因為接收設備和發射設備的尺寸一般都小于1/10，所以更加適合集總參數法。近場無線電力傳輸技術根據耦合方式存在的差異主要分為電場耦合式和磁場耦合式兩種類型。根據是否會產生諧振，還可以將磁場耦合式分為磁諧振耦合式和感應耦合式兩種類型，現階段，近場電能傳輸技術被廣泛應用于汽車無線充電系統。各類無線電能傳輸技術性能對比如表1所示。

3 無線充電技術在電動汽車中的應用

3.1 無線充電技術工作原理

電網中，獲取電能后，電源側發射端電源經過整流濾波可以獲得直流電，通過逆變器進行高頻逆變，進而實現車載電池的電能供給。針對無線電能供給系統，其本質和變壓器的疏松耦合系統相近，一次側和二次側的電能傳輸可以通過電磁感應來實現，由于耦合系數得到降低，所以一次側輸入電源的頻率可以進行補償工作。[1]。

表1 各類無線電能傳輸技術性能對比

3.2 電動汽車無線充電技術應用情況

獲取電能的過程中，電源側發射端可以通過電網進行工作，高頻振蕩電流可以通過振蕩器發電，非輻射磁場就會形成于發射線圈，在此情況下電能會逐漸轉換成磁場。當電動汽車接收線圈中所固有的頻率已經和獲得的電磁波頻率相近時，整個電路中形成了較強的振蕩，促使電能的轉換得以有效完成，ERPT系統中，接收線圈和發射線圈都具有自振系統，按照共振所具有的特性，從發射端對接收端的共振進行激發，讓電力能力在傳輸時無需消耗太多[2-3]。表2為功放電路結構優缺點。

由表2可知，全橋逆變電路[12-13，27-32]具有電路結構較為簡單，容易控制等優點，主要缺點為成本較高。E型功放電路[33-35]具有成本低的優點，缺點為傳輸功率較小。

表2 功放電路結構優缺點

4 電動汽車無線充電技術發展探究

4.1 靜態充電技術

電動汽車充電的過程中，靜態充電技術主要是讓其處于靜止狀態，需將控制線圈的位置進行嚴格地控制，并在此基礎上實現一對一的充電。電動汽車在實際充電過程中，靜態充電技術能夠有效提高電能的傳輸效率。然而，由于接收端與發射端之間的距離存在一定的差異，導致充電的效率降低，并且感應充電線圈會影響充電的效率。因此，實際使用過程中，應該采取一定的措施控制充電線圈的空間環境，合理地設置線圈的位置，避免對無線充電造成影響。現階段，充電線圈的布置方式、充電線圈形狀的設計以及異物檢測技術是研究的的重點。

4.2 動態充電技術

電動汽車在行駛的過程中如果實施充電，可以使用Charging on the go來實現。這種技術也可以稱為動態無線充電技術。這種技術主要是根據無線充電技術發展而來，并將無線通信技術、實時控制技術以及定位傳感技術有效地結合應用。為有效實現移動充電，可以將電能發射裝置鋪設在馬路下，不需要停車，車體上的接收裝置就可獲得電能[4-5]。

5 結 論

現階段，電動汽車無線充電的方式正朝著效率化、智能化以及靈活化的方向發展。雖然我國電動汽車充電方面起步相對較晚，但我國電動汽車充電方面的專利在不斷完善，同時相關企業的規模也在不斷擴大，可推動電動汽車無線充電技術向著更好的方向發展。