電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)研究與應(yīng)用分析

張賽瑤

（岳陽廣播電視大學(xué)，湖南 岳陽 414000）

0 引 言

現(xiàn)階段，低碳經(jīng)濟(jì)被廣泛推廣。低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵就是對新能源的充分利用。電動(dòng)汽車主要通過電能運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)零污染排放。雖然電動(dòng)汽車滿足低碳經(jīng)濟(jì)的要求，但是由于安全性低、充電限制較大等因素，導(dǎo)致電動(dòng)汽車得不到有效的全面推廣。無線充電技術(shù)的研發(fā)，恰恰彌補(bǔ)了電動(dòng)汽車存在的缺陷，為其廣泛應(yīng)用提供了新的機(jī)遇。

1 電動(dòng)汽車發(fā)展情況

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著工業(yè)的發(fā)展和汽車的普及，大量有害氣體的排放逐漸增加了大氣污染的程度。因此，電動(dòng)汽車的推行非常有必要。隨著電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的充電方式已經(jīng)不能滿足人們快節(jié)奏的生活，并且對于安全性能的保障也有些欠缺。實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)汽車的充電方法和安全性能與電動(dòng)汽車的發(fā)展緊密相關(guān)[1]。

2 無線充電技術(shù)

2.1 電磁感應(yīng)式

電磁感應(yīng)式無線充電技術(shù)根據(jù)松耦合原理分別在發(fā)射端和接收端有一個(gè)線圈，并在初級線圈上通有一定頻率的交流電，使次級線圈生成電流，此時(shí)發(fā)送端會(huì)將產(chǎn)生的能量傳輸?shù)浇邮斩?，從而?shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)移。但由于缺少磁芯，在能量傳輸過程中有很大部分的磁動(dòng)勢會(huì)散布到空氣磁路中，導(dǎo)致工作效率不佳。電磁感應(yīng)無線充電技術(shù)的工作原理具體如下：首先，從電網(wǎng)獲得交流電，由發(fā)射端整流和反相，將其轉(zhuǎn)換成高頻交流電，通過補(bǔ)償電路傳輸?shù)桨l(fā)射線圈；其次，發(fā)送線圈周圍的磁場發(fā)生改變，變?yōu)楦哳l交流磁場，二次繞組因空氣交變磁通的作用使磁場產(chǎn)生電動(dòng)勢；最后，通過相應(yīng)濾波以及功率調(diào)節(jié)使電能實(shí)現(xiàn)充電。雖然電磁感應(yīng)無線充電技術(shù)效率較低，但也可以保證千瓦級功率的傳輸，在低功耗電氣設(shè)備的應(yīng)用中仍具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 磁耦合共振式

與磁感應(yīng)無線充電技術(shù)相比，磁耦合諧振無線充電技術(shù)具有更大的發(fā)展空間，并可以向多個(gè)設(shè)備提供電能。此外，磁耦合共振式無線充電技術(shù)的充電座和待充電設(shè)備之間距離能夠達(dá)到0.3 m，并能夠通過放置中繼器的方式進(jìn)行延長。權(quán)威研究表明，磁耦合共振無線充電技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)40 mm厚度的充電，但中國尚未實(shí)現(xiàn)這一突破。磁耦合共振充電技術(shù)的工作原理具體如下。第一步與磁感應(yīng)技術(shù)相同，都是從電網(wǎng)中獲得交流電并進(jìn)行整流和逆變，從而形成高頻電流。但磁耦合共振式充電技術(shù)在完成高頻電流轉(zhuǎn)換后，系統(tǒng)會(huì)在發(fā)送線圈與接收線圈電磁頻率和固有頻率相同的情況下，使電流經(jīng)過功率放大以及匹配抗組電路后，將其傳輸?shù)桨l(fā)送線圈，從而使接收線圈在此時(shí)的振蕩電流達(dá)到最強(qiáng)，最后接收線圈通過濾波以及電路實(shí)現(xiàn)充電。與磁感應(yīng)無線充電技術(shù)相比，磁耦合諧振充電技術(shù)具有傳輸距離遠(yuǎn)、能量損耗小及自由空間大的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 微波式

微波無線充電技術(shù)是指以微波的形式將電能傳輸?shù)叫盘柦邮掌?，從而?shí)現(xiàn)無線充電。微波式無線充電技術(shù)的原理：所獲得的電能被轉(zhuǎn)換成微波信號，通過發(fā)送裝置發(fā)送，然后微波信號由接收裝置轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的電能存儲(chǔ)在電池中。采用微波式無線充電技術(shù)進(jìn)行電能傳輸，不僅能夠控制傳遞方向，而且因微波穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)，具有較遠(yuǎn)的輸電距離。但該技術(shù)的缺陷也十分明顯，設(shè)備體積較大，消耗的資金較多、電能傳輸?shù)乃俣认鄬^慢。

3 電動(dòng)汽車的無線充電技術(shù)

3.1 無線充電裝置

無線充電技術(shù)實(shí)際上就是借助于電場或磁場的形式進(jìn)行電能輸送。不同類別的無線充電技術(shù)其原理、設(shè)備、傳輸效率以及傳輸距離都有所不同。傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車充電通常都是借助線路、充電器等裝置進(jìn)行充電，局限性較大，很容易受到外界因素的影響。因此，對電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的研究具有十分重要的意義。

電磁感應(yīng)無線充電技術(shù)的主要設(shè)備是發(fā)射端和接收端的線圈、信號接收裝置等。線圈的作用主要是生產(chǎn)磁場和電流，接收裝置主要負(fù)責(zé)將信號轉(zhuǎn)化為電能。微波無線充電技術(shù)設(shè)備主要是微波發(fā)射和接收設(shè)備。無線充電技術(shù)在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用使得電動(dòng)汽車的充電模式不再受定位等外部因素的限制，具有很強(qiáng)的便利性[2]。

3.2 無線充電原理

無線充電技術(shù)主要通過松耦合器件實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。初級線圈和次級線圈分別位于不同的裝置，以實(shí)現(xiàn)發(fā)射裝置和接收裝置之間的電能的無線傳輸。電流流經(jīng)主副線圈后，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，通過磁場進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，若主副線圈之間的距離過大，則會(huì)產(chǎn)生一定程度上的電能損耗。根據(jù)相關(guān)權(quán)威研究表明，若流經(jīng)一側(cè)電流相對值較大、主副線圈距離較小、兩線圈磁導(dǎo)率大于空氣時(shí)，電能的傳輸效率會(huì)在很大程度上得到提升。實(shí)際應(yīng)用過程中，主副線圈之間難免存在一定的距離，在一定程度上降低了電能的傳輸效率[3]。

4 電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的應(yīng)用

相對傳統(tǒng)電動(dòng)汽車充電，無線充電技術(shù)能夠更好地解決相關(guān)問題，改善限制環(huán)境[4]。

4.1 停車充電技術(shù)的運(yùn)用

停車充電技術(shù)與傳統(tǒng)的充電方式相似，汽車可以到指定的位置在靜止的條件下進(jìn)行充電，從而達(dá)到為其續(xù)航的目的。這種充電技術(shù)將在未來得到廣泛應(yīng)用。

4.2 站點(diǎn)無線充電技術(shù)的運(yùn)用

近年來，無線充電技術(shù)逐漸趨于成熟，因此可在未來城市公交領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)單元可以在公交集合點(diǎn)設(shè)置無線充電設(shè)施，使電動(dòng)公交更方便快捷地充電。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)公交無線充電設(shè)施建設(shè)后，可以適當(dāng)?shù)販p少電動(dòng)公交的電池總?cè)萘?，以降低政府的投入成本，彌補(bǔ)建設(shè)無線充電設(shè)施的費(fèi)用。

4.3 動(dòng)態(tài)無線充電技術(shù)的運(yùn)用

停車充電技術(shù)與站點(diǎn)充電技術(shù)都屬于靜止?fàn)顟B(tài)充電，雖然提升了充電便利性，但還存在一定限制。動(dòng)態(tài)無線充電方式是未來技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展的方向，可以對電動(dòng)汽車電能補(bǔ)充起到重要作用[5]。

4.4 聯(lián)合電網(wǎng)的無線充電技術(shù)的運(yùn)用

電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)與供電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合是未來無線充電技術(shù)的主要發(fā)展方向。聯(lián)合電網(wǎng)的無線充電技術(shù)能夠通過電網(wǎng)荷載情況對電網(wǎng)的電壓進(jìn)行及時(shí)調(diào)控，從而達(dá)到對無線充電的合理控制。

未來電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的發(fā)展中，需要關(guān)注和優(yōu)化兩個(gè)主要問題。（1）現(xiàn)階段的無線充電技術(shù)雖已趨于成熟，但還存在很多值得完善的地方，新型材料納入無線充電設(shè)備是未來需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。（2）當(dāng)前無線充電技術(shù)在一定條件下產(chǎn)生的輻射會(huì)對人體健康產(chǎn)生影響。因此，優(yōu)化無線充電技術(shù)的過程中，要盡量降低甚至避免對人體健康造成的危害，實(shí)現(xiàn)綠色健康的無線充電技術(shù)[6]。

5 結(jié) 論

本文主要對我國電動(dòng)汽車的發(fā)展情況進(jìn)行分析，具體探究了無線充電技術(shù)及其應(yīng)用。