電動汽車無線充電技術(shù)發(fā)展概況

趙向曉

摘要：近年來，隨著全球資源環(huán)境極度污染以及石油資源的嚴(yán)重匱乏，推動了電動無線充電汽車的飛速發(fā)展，未來電動汽車供電模式也將會朝著此方向不斷發(fā)展創(chuàng)新，目前，開發(fā)大功率、高效率、強(qiáng)側(cè)移適應(yīng)能力、低電磁輻射、成本適中的動態(tài)無線供電系統(tǒng)，已成為國內(nèi)外各大機(jī)構(gòu)研究機(jī)構(gòu)的主要研究熱點(diǎn)。本文就電動汽車無線充電技術(shù)體系、類別及研究熱點(diǎn)進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：電動汽車；無線充電技術(shù)（WCT）；動態(tài)無線供電系統(tǒng)

前言：

電動汽車無線充電技術(shù)（WCT）是應(yīng)用于電動汽車充電的非直接接觸式電能傳輸技術(shù)，其可通過埋于地下的供電導(dǎo)軌以高頻交變磁場的形式將電能傳輸給運(yùn)行在地上一定范圍內(nèi)的車輛電能接收端，以實(shí)現(xiàn)車載儲能設(shè)備供電，從而減少電動汽車搭載的電池組，延長其續(xù)航里程，保證安全、便攜供電[1]。其可通過非接觸的方式使行駛過程中的電動汽車不斷地?fù)碛心芰抗┙o來源，實(shí)現(xiàn)安全、智能、高效率的電動汽車使用，為人們的生活帶來便利。因此本文就電動汽車無線充電技術(shù)類別及研究熱點(diǎn)進(jìn)行綜述，為動態(tài)無線供電技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展提供思路和依據(jù)[2]。

1.電動汽車無線充電技術(shù)類別

無線電能傳輸方式包含遠(yuǎn)場區(qū)傳輸和近場區(qū)傳輸兩大類。

1.1遠(yuǎn)場區(qū)

遠(yuǎn)場區(qū)是可以采用Maxwell方程來分析的位于場源2D2/λ+λ距離以外的一類系統(tǒng)，遠(yuǎn)場區(qū)內(nèi)起主要作用的是輻射場，其內(nèi)電磁波可近似看作平面波，工作頻率高于300MHz，遠(yuǎn)場區(qū)的分析工作不可應(yīng)用集總參數(shù)方式進(jìn)行，其重要原因在于天線尺寸與波長相當(dāng)，遠(yuǎn)場區(qū)無 線電能傳輸技術(shù)可根據(jù)原理不同劃分為可分為微波式和激光式[3]。

1.2近場區(qū)

近場區(qū)是可采用Faraday電磁感應(yīng)定律分析的包含輻射近場區(qū)和感應(yīng)近場區(qū)的距離場源的2D2/λ+λ以內(nèi)的一類系統(tǒng)，其工作頻率范圍是10kHZ-100MHz，近電場根據(jù)耦合方式的不同可分為磁場耦合式和電場耦合式兩大類，由于其具有發(fā)射與接收設(shè)備尺寸均小于λ/10的特點(diǎn)，因此適用于集總參數(shù)法，在電動汽車無線充電系統(tǒng)中近電場廣泛被使用[4]。

2.電動汽車無線充電技術(shù)研究熱點(diǎn)

2.1磁耦合元件結(jié)構(gòu)

磁耦合元件結(jié)構(gòu)是由高磁導(dǎo)率部件和高電導(dǎo)率部件組成的在電動汽車無線充電系統(tǒng)中組成的可實(shí)現(xiàn)電能和場能相互轉(zhuǎn)化的元件[5]。高磁導(dǎo)率部件是可通過提高發(fā)射端與接收端耦合系數(shù)，降低電動汽車金屬部件內(nèi)磁場引起的電渦流損耗的常用鐵氧體材料制成的場能載體。高電導(dǎo)率部件通常是由銅管或利茲線繞制而成的具有趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)的載體[6]。

2.1.1固定式磁耦合元件

固定式磁耦合元件是指包含有將螺旋線圈在鐵磁性材料上平行布置的平板式結(jié)構(gòu)以及在鐵磁性材料上繞制螺線管式線圈的圓柱式結(jié)構(gòu)。有研究學(xué)者通過進(jìn)行平板式磁耦合元件的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)做出了第1代和第2、3代平板式磁耦合的元件結(jié)構(gòu)，其中第一代平板式磁耦合元件是圓形的充電平板，而第2、3代磁耦合元件的設(shè)計(jì)采用的分別是DD形平板和DDQ形平板[7]。

2.1.2移動式磁耦合元件

移動式磁耦合元件通常以由多個(gè)沿道路串行布置的磁耦合元件構(gòu)成的固定在路基的通電長直軌道作為發(fā)射端，安裝在電動無線充電汽車底部的平板式耦合器作為發(fā)射端。車載平板式耦合器是在電動汽車行駛的過程中激發(fā)出電流而實(shí)現(xiàn)的電動汽車行駛過程中的持續(xù)性充電過程[8]。

2.2無線充電（WPT）

無線充電又稱作無線供電（WPT），WPT可在電動無線汽車行駛過程中通過頻繁充電使電池容量減少，從而減輕了電動汽車的重量，使能量充分被利用。無線充電技術(shù)主要分為射頻WPT、電磁感應(yīng)式WPT及電磁共振式WPT，以下將對其做詳細(xì)介紹。

2.2.1射頻WPT

射頻WPT又被稱作是微波WPT，就是以微波（頻率在300MHz- 300GHz之間的電磁波）為載體在自由空間無線傳輸電磁能量的技術(shù)。微波無線供電系統(tǒng)通過微波原將電能轉(zhuǎn)變成微波，微波由天線發(fā)射。經(jīng)長距離的傳播后再由天線接收，最后經(jīng)微波整流器等重新轉(zhuǎn)換為電能使用。

2.2.2電磁感應(yīng)式WPT

電磁感應(yīng)式WPT是一種近距離的無線電能傳輸技術(shù)，是目前最常使用的較為成熟的無線供電傳輸技術(shù)。其無線電能傳輸是基于電磁感應(yīng)原理來進(jìn)行的，將變壓器進(jìn)行一次、二次分離從而進(jìn)行無線電能的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)無線供電系統(tǒng)的有效供電[9]。

2.2.3電磁共振式WPT

電磁共振式WPT與電磁感應(yīng)式WPT相比， 可顯著提高能量的有效耦合及變壓器的傳輸效率，并且可以減少非接觸變壓器繞組間錯(cuò)位，可通過合理設(shè)置激勵頻率向指定電器供電，提高安全性。在中小距離場合，電磁共振式WPT因傳輸效率相對較高，更適合于無線電的汽車的充電[10]。

結(jié)語：

本文就電動汽車無線充電技術(shù)類別及研究熱點(diǎn)進(jìn)行綜述，可以看出電動汽車無線充電技術(shù)具有非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景，并且具有開發(fā)大功率、高效率、強(qiáng)側(cè)移適應(yīng)能力、低電磁輻射、成本適中的優(yōu)點(diǎn)，為今后電動無線充電汽車技術(shù)的發(fā)展提供了可靠的理論基礎(chǔ)。

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