無線充電公路專利技術

方蕾

摘? 要：隨著環(huán)保意識的增強和新能源設備的發(fā)展，電動汽車具有越來越廣闊的市場前景，無線充電技術是電動汽車領域的重要發(fā)展方向。電動汽車動態(tài)無線充電技術是車輛在行駛過程中，通過無線方式對電動汽車進行充電的技術。由于電動汽車在動態(tài)下進行充電，使得電池容量得以進一步縮小，節(jié)省了電動汽車充電時間，增加了便利性。而對電動汽車進行無線充電的主體就是無線充電公路。文章梳理了無線充電公路專利技術相關的國內重要專利，具有一定的代表性。

關鍵詞：電動汽車;無線充電;動態(tài);公路;專利

Abstract： With the increase of environmental awareness and the development of new energy equipment， electric vehicles have more and more market potentials， and wireless charging technology is an important development trend in the field of electric vehicles. The dynamic wireless charging technology of electric vehicle is a technology that charges the electric vehicle wirelessly in the process of driving. Because the electric vehicle is charged dynamically， the battery capacity can be further reduced， the charging time of electric vehicle is saved and the convenience is increased. The main body of wireless charging for electric vehicles is the wireless charging highway. This paper deals with the important domestic patents related to the wireless charging highway patent technology， which is representative in the trade.

1 電動汽車動態(tài)無線充電與無線充電公路

1.1 電動汽車動態(tài)無線充電技術

隨著石油資源的枯竭，世界各國都在逐漸投入對電動汽車各項技術的研究，其中電動汽車的充電技術是電控領域的重要分支。目前的主流充電技術是有線充電技術，有線充電技術需要借助線纜將電動汽車與充電電源連接來完成充電。有線充電技術具有一定的缺點，普通充電模式下，需要十幾個小時才能完成一次充電，使得電動汽車的使用極其不方便。而快速充電使得電池的壽命降低，也會給公共電網(wǎng)造成電能污染和電能負荷。

近年來，無線充電技術成為電動汽車領域的一個研究熱點，采用無線充電技術能夠解決電動汽車充電過程中電纜連接束縛的問題。無線充電技術使得電動汽車的使用更加便捷。目前，無線充電技術顯示了電動汽車在靜態(tài)無線充電方面的優(yōu)越應用趨勢，國內外也對電動汽車的靜態(tài)無線充電進行了多方位的研究[1-3]。從電力和無線充電效率的角度來看，靜態(tài)無線充電技術基本上可以滿足電動汽車充電的要求。而如果在電動汽車的行駛車道上設置無線能源傳輸裝置，對移動中的電動汽車進行動態(tài)充電的話，可以大幅減少滿足電動汽車相同行駛距離所需的電池包的容量，從而降低電動汽車的成本。電動汽車使用動態(tài)充電技術，不僅可以給停車中的車輛充電，還可以在開車時給車輛充電，大大提高了充電效率和便利性[4-5]。

電動汽車動態(tài)無線充電技術的基本原理是：電力通過埋在地面下的能量發(fā)射裝置，以高頻交變形式傳遞到車輛接收端的電能接收機構，在地面上特定范圍內行駛時，車輛可以被無線的充電。電動汽車動態(tài)無線充電技術的主要參數(shù)是電能傳輸距離、功率、效率、耦合機構側移適應能力、電磁兼容性等。因而，開發(fā)大功率、高效率、強側移適應能力、低電磁輻射、成本適中的動態(tài)無線供電系統(tǒng)，已成為國內外主要研究機構的主要研究對象。

1.2 無線充電公路

實現(xiàn)電動汽車動態(tài)無線充電的一個關鍵環(huán)節(jié)就是其發(fā)電側的設計——無線充電公路?，F(xiàn)行的設計思路通常是采用如太陽能一類的新能源作為發(fā)電裝置，將太陽能接收組件和儲能裝置集成于公路路面下，為行駛中的車輛提供源源不斷的電能。

太陽能發(fā)電及儲能系統(tǒng)是一套穩(wěn)定可靠的分布式電源系統(tǒng)，其技術已經(jīng)比較成熟，可以滿足各種用電需求，適應各種復雜的應用場景?；谔柲馨l(fā)電的無線充電技術具有許多優(yōu)點，其利用了可再生資源，節(jié)能環(huán)保，同時減輕了電網(wǎng)負荷，降低了用電成本，優(yōu)化了能源結構，對環(huán)境保護、用電安全具有積極作用。將太陽能接收組件和儲能裝置集成于公路路面下，充分利用了路面空間，節(jié)約了充電站建設空間、降低了建設成本。同時，太陽能發(fā)電產(chǎn)生的電能以及存儲在儲能裝置中的電能，除了能夠為電動汽車進行充電，也可以為道路周邊建筑或設施進行供電，如加油站、收費站、路燈、廣告牌、指示牌等，有助于實現(xiàn)道路電氣智能化。

2 無線充電公路技術代表性專利

中惠創(chuàng)智無線供電技術有限公司（CN107069873A）提出了一種光伏公路，用于對電動汽車進行感應式無線充電，具有多個光伏發(fā)電裝置埋設在公路中。如圖1所示，光伏發(fā)電裝置包括：蓋板1011，線圈支架1012，底座1013，光伏電池板1014和隔磁片1015; 整體呈正六邊形結構，蓋板1011，線圈支架1012和底座1013的大小相同，光伏電池板1014的面積略小，且光伏電池板1014能夠嵌入到蓋板1011中。六邊形結構使得光伏公路模塊能夠彼此更容易配合地鋪設在公路上，充分利用了公路的空間。將發(fā)射線圈與光伏發(fā)電裝置直接結合，不需要額外設置支架，解決了無線充電系統(tǒng)中發(fā)射線圈的抗壓，以及安裝等系列難題，節(jié)約制造和安裝成本。

天津大學（CN107579585A）提出一種能夠為行駛中的電動汽車連續(xù)充電的光伏智能道路，設置有光伏電池陣列2、定位器及檢測器5和功率發(fā)射模塊6，根據(jù)具體的道路情況，光伏電池陣列2與功率發(fā)射模塊6呈間隔交替串接或是各自相連，并設置有集電裝置及監(jiān)控系統(tǒng)3、蓄電池4、控制器7和逆變器8，上層具有鋼化玻璃，下層具有隔離保護層9起到防護支撐的作用。定位器及檢測器5中的定位器可以與電動汽車上的定位器配對，確定該電動汽車的位置，根據(jù)位置信號，控制器7向逆變器8發(fā)出指令，蓄電池4中的電能逆變成高頻交流電，功率發(fā)射模塊6調節(jié)發(fā)射電能頻率與電動汽車接收線圈的固有頻率一致，通過磁共振技術對電動汽車進行無線充電，直至完成充電。

浙江晶科能源有限公司（CN108457149A）提出一種光伏道路，依次設有光伏組件1、透明樹脂復合層2、無線充電組件3、支撐部4。其采用透明樹脂復合層2作為光伏路面，既能夠滿足路面抗壓能力，還能夠提高路面的透光度，最大化利用光照，提高了光伏組件1的發(fā)電效率。此外，透明樹脂復合層2中具有多個溫度傳感器和加熱電阻，用于實時獲取路面的溫度，在積雪天氣對道路進行融冰，其產(chǎn)生的熱量也可以為綠化帶中的土壤加熱。透明樹脂復合層2中還可以封裝LED燈，其中該LED燈形成的圖案可以為路標指示的圖案。此外，還可以設置壓力傳感器，當路面上有車輛通過時，壓力傳感器能夠實時的檢測出光伏部件模塊所承受的壓力變化，當路面遇到塞車或事故時，可以根據(jù)壓力傳感器檢測到的壓力大小變化判斷車輛的停車位置和停車時長，由此可以獲得路面行車信息，判斷道路的通行狀況。

鴻海精密工業(yè)股份有限公司（CN110014896A）提出一種無線充電馬路，參見圖4，其包括馬路地基21、路面層22、以及埋于所述馬路地基21內的磁場產(chǎn)生裝置23。磁場產(chǎn)生裝置23能夠在該馬路20的表面上產(chǎn)生磁感線230，從而使得在該馬路上行駛的車輛可以通過切割該磁感線230而產(chǎn)生感應電流。其另一種結構的充電馬路如圖5所示，包括設置于路面層22兩側的護欄24，護欄內設有磁鐵233，兩側磁鐵的N極和S極相對設置，從而產(chǎn)生與路面平行且與馬路延伸方向垂直的磁感線230。在沿著馬路延伸的方向，兩側磁鐵的密度不斷變化，從而使得磁感線230的強度不斷變化。這樣使得無線充電馬路上車輛行駛時，穿過充電裝置回路的磁通量不斷變化。如果兩側護欄之間具有多個車道，則可以同時對每個車道上的電動汽車進行無線充電。

中海陽能源集團股份有限公司（CN109733215A）提出一種公路動態(tài)無線充電系統(tǒng)，系統(tǒng)控制層101用于對車載主控設備的數(shù)據(jù)進行接收轉發(fā)及遠程控制，電源切換層102用于位置檢測及電源狀態(tài)切換控制，功率發(fā)射層103用于傳輸電能，支撐結構層104用于支撐車輛負重。功率發(fā)射層103以預制件的結構方式架空覆蓋安裝，采用定制的利茲線圈，能夠最大程度避免高頻所導致的趨膚效應。功率發(fā)射線圈113安裝在高速公路路面上，每個功率發(fā)射線圈113采用單獨的電源供電，多個線圈構成一組，每組之間并聯(lián)后按順序與光儲一體化微網(wǎng)相連接;傳感器112采用位置傳感器紅外漫反射光電開關，能夠準確的定位車輛位置，并可以防止無線傳能過程中產(chǎn)生的強磁場對傳感器112帶來的干擾。支撐結構層104采用鋁合金型材及電木絕緣板加工制作成支撐結構平臺，平臺兩端設有緩沖制動模塊，幫助移動負載的減速制動以及雙向運行。

可見，許多公司和研發(fā)機構已經(jīng)投入到無線充電公路的研究中來，無線充電公路即能為電動汽車駕駛員帶來便利，也使電動汽車更具有市場前景。但也可以看出，無線充電公路仍然有許多亟待解決的問題需要去攻克，比如抗壓、防潮、降低安裝成本、提高充電效率等問題。這既是挑戰(zhàn)，也使機遇，對于未來的公路智能化，這將是一個良好的開端。

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