電動汽車無線充電技術(shù)概述

電動汽車無線充電技術(shù)概述

1 電動汽車無線充電技術(shù)基礎(chǔ)

當(dāng)前電動汽車電能補(bǔ)給多采用傳導(dǎo)充電方式，在電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)中，充電樁與車載接口通過電纜組件連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動汽車能量補(bǔ)充。

無線充電(Wireless Power Transfer，WPT)技術(shù)的發(fā)展為電動汽車的能量補(bǔ)給帶來了一種新方式——電動汽車無線充電(Electric Vehicle Wireless Power Transfer，EV WPT)。電動汽車無線充電系統(tǒng)分為地面發(fā)射端(簡稱地面端)和車載接收端(簡稱車載端)兩部分，地面端和車載端隔空傳遞能量，如圖1所示。

圖1 電動汽車無線充電系統(tǒng)的原理示意

地面端采用能量變換單元將電網(wǎng)輸入的工頻交流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電能，進(jìn)而通過地面端和車載端裝置的非接觸耦合作用，將電能無線傳輸?shù)杰囕d端，再由電能轉(zhuǎn)換裝置將電能輸送到電池，地面端和車載端可以采用無線通信的方式進(jìn)行信息交互。

1.1 無線充電技術(shù)分類

WPT的技術(shù)方案較多，工作機(jī)理各異，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本相同，均是通過發(fā)射端功率發(fā)射單元和接收端功率接收單元進(jìn)行能量無線傳輸。無線充電通用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，發(fā)射端將供電電源能量通過功率變換電路1轉(zhuǎn)換為功率發(fā)射單元需要的形式，如電場、磁場、射頻/微波或者激光等，接收端的功率接收單元接收到電場、磁場、射頻/微波或者激光等，再通過功率變換電路2轉(zhuǎn)換為負(fù)載需要的能量供給負(fù)載。

圖2 無線充電通用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3是不同能量耦合方式WPT的電磁場頻率分布。從能量傳輸距離角度看，無線充電技術(shù)可以分為近距離無線充電和遠(yuǎn)距離(米級以上)無線充電兩大類。磁場耦合方式和電場耦合方式屬于近距離無線充電，射頻/微波方式、激光方式通常用于遠(yuǎn)距離無線充電。

圖3 不同能量耦合方式WPT的電磁場頻率分布

1.1.1近距離無線充電

近距離無線充電主要分為磁場耦合式和電場耦合式兩種。

(1) 磁場耦合式無線充電

磁場耦合式無線電能傳輸技術(shù)利用磁諧振或磁感應(yīng)原理將能量由發(fā)射端傳遞至接收端，該方式采用的發(fā)射線圈和接收線圈類似于分離變壓器的原邊繞組和副邊繞組，如圖4所示。發(fā)射線圈和接收線圈距離一般在幾厘米至幾十厘米，線圈間的耦合系數(shù)一般為0.1以上。

圖4 磁耦合WPT與分離變壓器的結(jié)構(gòu)對比

還有一種基于磁齒輪的近距離磁場耦合無線充電技術(shù)。在相應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)射端用電機(jī)帶動磁體運(yùn)動，利用磁場之間力的相互作用，接收端的磁體會隨之運(yùn)動，再帶動接收端的發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)從發(fā)射端到接收端之間的能量無線傳遞。與基于磁諧振或磁感應(yīng)原理的技術(shù)相比，該方案的工作頻率更低，通常是幾百赫茲，充電距離二三十厘米，但工作磁場更強(qiáng)。圖5是基于磁齒輪的無線充電原理以及相關(guān)充電裝置。

圖5 基于磁齒輪的無線充電技術(shù)原理及充電裝置

(2) 電場耦合式無線充電

電場耦合式無線充電系統(tǒng)一般采用分離的兩個極板來形成耦合電容，電容值大小與極板正對面積、極板間距離及介電常數(shù)的大小相關(guān)。由于空氣的介電常數(shù)很小，為了實(shí)現(xiàn)較大的功率傳輸，需要較大的極板正對面積、較小的傳輸距離和較高的工作頻率，而實(shí)際應(yīng)用場景難以滿足這些條件，導(dǎo)致電場耦合式在實(shí)際中應(yīng)用比較少，圖6是電場耦合式無線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖6 電場耦合式無線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1.2遠(yuǎn)距離無線充電

利用射頻和微波進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線充電時，發(fā)射端和接收端都需要用到天線。天線的發(fā)射可以是多方向的，也可以是定向的，比較容易實(shí)現(xiàn)一對多的充電，充電距離達(dá)到米級，頻率越高充電距離越遠(yuǎn)。圖7是采用微波和射頻的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線充電的場景。

微波方式無線充電

射頻方式無線充電

圖7 采用微波和射頻方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的無線充電場景

激光無線充電是以激光為載體，實(shí)現(xiàn)能量無線傳輸，在發(fā)射端將電能轉(zhuǎn)換為激光并發(fā)射出去，在接收端通過光電轉(zhuǎn)換再將激光轉(zhuǎn)換為電能。激光無線充電的相關(guān)應(yīng)用如圖8所示。

圖8 激光無線充電

目前遠(yuǎn)距離無線充電技術(shù)多處于理論研究和技術(shù)驗(yàn)證階段，在能量傳輸效率和安全性方面還面臨很大的挑戰(zhàn)，距真正規(guī)模商業(yè)應(yīng)用還有一定的距離。

1.2 無線充電技術(shù)典型應(yīng)用

無線充電技術(shù)在小功率領(lǐng)域已廣泛商用，如手機(jī)、手表、電動牙刷、無尾家電、無人機(jī)等領(lǐng)域的無線充電。近年來在大功率領(lǐng)域也逐漸開始商用，應(yīng)用范圍越來越廣，如乘用車無線充電、公交大巴無線充電、無軌電車移動無線充電等。此外無線充電技術(shù)在植入式醫(yī)療、特種工業(yè)機(jī)器人以及軍事航天等領(lǐng)域中均逐漸得到應(yīng)用。圖9為無線充電在各個領(lǐng)域的應(yīng)用案例。

(a)

(b)

圖9 無線充電的應(yīng)用場景

2 電動汽車無線充電系統(tǒng)構(gòu)成

EV WPT屬于近距離無線充電領(lǐng)域，磁耦合方式是目前主流的實(shí)現(xiàn)方案，在技術(shù)發(fā)展初期存在電磁感應(yīng)和磁共振兩類不同概念。隨著電動汽車對WPT技術(shù)需求的明確，規(guī)范了工作頻率、傳能距離、功率等級等系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)以后，兩類概念在技術(shù)方案上已經(jīng)融合，統(tǒng)一為“磁耦合”的概念。

如圖10所示為EV WPT系統(tǒng)示意圖，地面端和車載端無電纜連接，地面端包括整流和電壓調(diào)整電路、逆變電路、發(fā)射補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射線圈、控制器和通訊模塊，車載端包括車載接收線圈、接收補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、整流電路、負(fù)載、控制器和通訊模塊。

地面端的整流和電壓調(diào)整電路將工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電；逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電；地面端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對發(fā)射線圈提供補(bǔ)償；發(fā)射線圈將高頻交流電轉(zhuǎn)化為高頻交變磁場。

圖10 EV WPT系統(tǒng)示意圖

車載端的接收線圈通過磁耦合的方式接收磁場能量，并將其還原為高頻電能；車載端的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對接收線圈提供補(bǔ)償；整流電路將高頻交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電供給負(fù)載。

此外，地面端和車載端間的控制信號通過無線通信進(jìn)行交互，常用的無線通信方式有WiFi、藍(lán)牙、Zigbee等。目前國內(nèi)和國際的標(biāo)準(zhǔn)中，無線通信方式均采用WiFi方式(IEEE 802.11TM)。

3 電動汽車無線充電核心技術(shù)

電動汽車無線充電系統(tǒng)的首要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)高效的電動汽車無線能量補(bǔ)給，因此高效、安全的功率變換和傳輸是無線充電系統(tǒng)的核心。功率變換電路方面主要存在高頻逆變和高頻整流電路設(shè)計技術(shù)、諧振器優(yōu)化設(shè)計技術(shù)以及補(bǔ)償電路優(yōu)化設(shè)計技術(shù)等，以上核心技術(shù)直接影響電動汽車無線充電系統(tǒng)的功率、效率、電磁環(huán)境等整體特性。

電動汽車無線充電相關(guān)的控制是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，在系統(tǒng)控制方面的核心技術(shù)主要包括功率控制技術(shù)、效率優(yōu)化技術(shù)、頻率跟蹤技術(shù)、阻抗匹配技術(shù)及安全控制技術(shù)等。

此外，為了能在全天候場景下實(shí)現(xiàn)自動能量補(bǔ)給，電動汽車無線充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效率充電只是基礎(chǔ)功能要求，同時還需要具備多項輔助功能以實(shí)現(xiàn)安全保障及協(xié)助車輛準(zhǔn)確泊車。電動汽車無線充電系統(tǒng)主要輔助功能包括異物檢測(Foreign Object Detection，F(xiàn)OD)、活物檢測(Living Object Detection，LOD)、引導(dǎo)對齊(Position Detection，PD)和偏移檢測等。

在EV WPT系統(tǒng)，地面端和車載端設(shè)備可能由不同的設(shè)備廠家生產(chǎn)(特別是在公共應(yīng)用場景下)，且車輛根據(jù)功率等級和離地間隙存在多種情形，地面端和車載端設(shè)備除滿足性能、安全要求外，還需要滿足互操作性要求?；ゲ僮魃婕坝布Y(jié)構(gòu)兼容、系統(tǒng)參數(shù)兼容、軟件架構(gòu)兼容、通信流程兼容、認(rèn)證鑒權(quán)管理等方面。須由統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或者協(xié)議來規(guī)范，這是當(dāng)前國內(nèi)和國際電動汽車無線充電標(biāo)準(zhǔn)制定中的重要工作。

根據(jù)上述描述，電動汽車無線充電的核心技術(shù)進(jìn)行如下分類。

圖11 電動汽車無線充電核心技術(shù)分類

4 電動汽車無線充電系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

按照系統(tǒng)設(shè)備功能模塊劃分，EV WPT系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)可分為功率變換電路、系統(tǒng)控制以及輔助功能三個環(huán)節(jié)。

4.1 功率變換電路環(huán)節(jié)

EV WPT系統(tǒng)的功率變換電路包括地面端和車載端兩部分。地面端功率變換電路部分包括輸入電源、整流調(diào)壓電路、逆變電路、地面端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和發(fā)射線圈，車載端功率變換電路包括接收線圈、車載端補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、整流電路，其中發(fā)射線圈、接收線圈及其附件統(tǒng)稱為磁耦合機(jī)構(gòu)。車載端安裝在車上，對設(shè)備的體積和重量較敏感。在系統(tǒng)功率變換電路中，高頻電力電子電路(高頻逆變、高頻整流)、磁耦合機(jī)構(gòu)以及補(bǔ)償電路是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

(1) 高頻電力電子電路

EV WPT系統(tǒng)電力電子電路主要涉及發(fā)射端的功率因數(shù)校正(Power Factor Correction， PFC)模塊、高頻逆變模塊以及接收端的高頻整流模塊、調(diào)壓模塊。各電路模塊的高效穩(wěn)定電能變換是整體系統(tǒng)高效安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，電力電子電路的設(shè)計也是電動汽車無線充電系統(tǒng)整體效率突破的重點(diǎn)方向之一。新型電路拓?fù)浜蛙涢_關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展有利于提升各模塊的電能變換效率，這也是目前電動汽車無線充電系統(tǒng)在電力電子電路方面的重點(diǎn)攻關(guān)方向。

此外，由常規(guī)半導(dǎo)體材料(如Si、GaAs等)制成的功率半導(dǎo)體器件在許多方面已接近材料自身的本征極限，開關(guān)頻率和功率水平關(guān)系的局限性如圖12所示。

圖12 半導(dǎo)體材料的開關(guān)頻率和功率水平關(guān)系

由于電動汽車無線充電系統(tǒng)工作頻段較高，因此對大功率高頻逆變和高頻整流等電力電子電路提出了較高的要求，未來新型高頻電力電子開關(guān)器件的應(yīng)用也為進(jìn)一步提升系統(tǒng)效率提供了新的思路。如圖13所示，為了降低高頻開關(guān)下的器件損耗，包括SiC、GaN等高開關(guān)頻率低開關(guān)損耗的電力電子器件在電動汽車無線充電系統(tǒng)中逐漸得到應(yīng)用。

圖13 新型高頻電力電子開關(guān)器件在電動汽車無線充電系統(tǒng)中的應(yīng)用

以SiC材料為例，與目前應(yīng)用廣泛的Si材料相比，SiC材料具有耐高溫工作、高阻斷電壓、低開關(guān)損耗、高開關(guān)頻率等優(yōu)點(diǎn)，因此在未來電動汽車無線充電應(yīng)用中極具潛力，如圖14所示為基于SiC材料的整流二極管和MOSFET。

圖14 基于SiC材料的整流二極管和MOSFET

SiC MOSFET器件特性不同于IGBT，SiC MOSFET對回路參數(shù)更敏感，易產(chǎn)生波形的振蕩過沖，柵極電壓的安全閾值比IGBT要小，柵極氧化層容易擊穿，在驅(qū)動保護(hù)電路設(shè)計上比IGBT更加困難，因此相關(guān)器件驅(qū)動電路設(shè)計也是電動汽車無線充電系統(tǒng)高頻電力電子電路設(shè)計的關(guān)鍵。

(2) 磁耦合機(jī)構(gòu)

發(fā)射線圈、接收線圈及其附件組成了無線充電系統(tǒng)的磁耦合機(jī)構(gòu)，除了實(shí)現(xiàn)磁場的能量傳遞外，磁耦合機(jī)構(gòu)的性能還關(guān)系到電磁環(huán)境的優(yōu)劣、磁耦合機(jī)構(gòu)本體發(fā)熱程度、散熱設(shè)計、不同系統(tǒng)兼容性以及經(jīng)濟(jì)成本等。

常見的磁耦合機(jī)構(gòu)線圈結(jié)構(gòu)存在圓形和雙D(DD)等，其繞線方式如圖15所示。此外，根據(jù)應(yīng)用場景的需求，如需要較大的偏移量、需要較均勻的磁場分布等，線圈結(jié)構(gòu)也可采用其他的繞線方式。

圓形

雙D(DD)

圖15 不同磁耦合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

考慮到高頻情形下導(dǎo)體的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，常用銅制實(shí)芯導(dǎo)線一般難以滿足EV WPT系統(tǒng)高頻工作的需求，為了降低磁耦合機(jī)構(gòu)中的損耗、提升系統(tǒng)整體工作性能、降低磁耦合機(jī)構(gòu)散熱需求，空心銅管以及利茲線陸續(xù)被應(yīng)用于電動汽車無線充電系統(tǒng)的磁耦合機(jī)構(gòu)中，并逐漸成為業(yè)界共識。

磁芯材料有多種類型，如鐵氧體、非晶材料等。鐵氧體容易定制各種不同形狀，與其他類型的磁材相比成本更低，是制作線圈的主流磁材，不同結(jié)構(gòu)的磁芯用鐵氧體材料如圖16所示。磁芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計和排布也是磁耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，它涉及到整體磁耦合機(jī)構(gòu)的耦合性能、電磁環(huán)境水平、重量和成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)。

圖16 不同結(jié)構(gòu)的磁芯用鐵氧體材料

在磁耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計中，為了實(shí)現(xiàn)更好的電磁環(huán)境特性，還需要考慮屏蔽材料的選擇和安裝結(jié)構(gòu)。目前鋁板為較常用的磁耦合機(jī)構(gòu)電磁屏蔽材料，線圈、磁芯和鋁板等部件的協(xié)同組合式設(shè)計是實(shí)現(xiàn)高性能磁耦合機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵。

(3) 補(bǔ)償電路

EV WPT系統(tǒng)中收發(fā)端的補(bǔ)償電路主要用于實(shí)現(xiàn)收發(fā)線圈的頻率補(bǔ)償，保證收發(fā)端諧振頻率接近，提升系統(tǒng)性能。不同的補(bǔ)償拓?fù)渚哂胁煌南到y(tǒng)特性，如圖17所示為電動汽車無線充電系統(tǒng)典型補(bǔ)償電路拓?fù)洹４送獠煌愋偷难a(bǔ)償電容或補(bǔ)償電感電壓電流應(yīng)力存在很大差異，因此補(bǔ)償電路的拓?fù)溥x擇和器件選型是該環(huán)節(jié)的設(shè)計重點(diǎn)。

圖17 電動汽車無線充電系統(tǒng)典型補(bǔ)償電路拓?fù)?/p>

4.2 系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)

系統(tǒng)控制包括功率控制、效率優(yōu)化、頻率跟蹤、阻抗匹配、通信控制、安全控制等，其中地面端控制實(shí)現(xiàn)了對發(fā)射端整流調(diào)壓電路、逆變電路、地面磁耦合機(jī)構(gòu)等環(huán)節(jié)的控制和保護(hù)，車載端控制實(shí)現(xiàn)了對接收端磁耦合機(jī)構(gòu)、整流電路和負(fù)載等環(huán)節(jié)的控制和保護(hù)。

地面端和車載端的控制主要有兩種方式：單邊控制和雙邊控制。所謂的單邊控制是指系統(tǒng)輸出功率等關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)節(jié)由地面端或者車載端單獨(dú)完成，另一端不參與調(diào)節(jié)。雙邊控制是指地面端和車載端同時參與系統(tǒng)整體調(diào)節(jié)。

雙邊控制把地面端和車載端的控制相對解耦，便于實(shí)現(xiàn)互操作。圖18給出一種雙邊控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中車載端可實(shí)現(xiàn)對輸出電流(或輸出電壓)的控制，地面端可實(shí)現(xiàn)對地面線圈電流(或逆變器輸出電壓)的控制。雙邊控制一般通過無線通信(WiFi)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

圖18 雙邊控制無線充電系統(tǒng)的拓?fù)浜涂刂平Y(jié)構(gòu)

4.3 輔助功能環(huán)節(jié)

電動汽車無線充電主要的輔助功能主要包括異物檢測(FOD)、活物檢測(LOD)、引導(dǎo)對齊(PD)以及偏移檢測等，如圖19所示為各輔助功能示意圖。

異物檢測主要是檢測EV WPT充電區(qū)域內(nèi)的金屬等異物，避免這些物體由于渦流效應(yīng)引起高溫和起火的風(fēng)險。生物檢測是為了避免人或?qū)櫸锏壬w由于進(jìn)入充電區(qū)域(該區(qū)域的電磁環(huán)境限值可以適當(dāng)放寬)引起安全風(fēng)險。導(dǎo)引入位是為了增加使用的便利性，如導(dǎo)引停車入庫，可以為車輛或駕駛者實(shí)時提供地面設(shè)備和車載設(shè)備的相對位置，引導(dǎo)車輛停在可充電區(qū)域。位置檢測是檢測車載線圈和地面線圈的相對位置，保證車輛停在適合充電的位置范圍內(nèi)。以上輔助功能是為了實(shí)現(xiàn)EV WPT安全高效充電以及充電便捷性而配置的。輛停在可充電區(qū)域。位置檢測是檢測車載線圈和地面線圈的相對位置，保證車輛停在適合充電的位置范圍內(nèi)。以上輔助功能是為了實(shí)現(xiàn)EV WPT安全高效充電以及充電便捷性而配置的。

圖19 不同輔助功能示意圖

電動汽車無線充電系統(tǒng)各關(guān)鍵環(huán)節(jié)總結(jié)如表1所示。

5 電動汽車無線充電技術(shù)優(yōu)勢及推廣應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)

與傳導(dǎo)充電方式相比，EV WPT存在以下優(yōu)勢：

(1) 無連接器和線纜的磨損，更加安全可靠。傳導(dǎo)充電設(shè)施需要線纜和充電插頭，充電插頭和線纜在不斷拔插使用的過程中容易磨損，為防止老化故障還需要定期更換連接器和線纜。無線充電可以有效避免上述安全隱患，并節(jié)約運(yùn)維成本。

(2) 充電更加便利，無需駕駛?cè)藛T手動拖拽插拔電纜，用戶體驗(yàn)較好。

(3) 可以全天候使用，EV WPT可適應(yīng)多種惡劣環(huán)境和天氣，即使在雷雨天氣下使用也無觸電危險。

(4) 可實(shí)現(xiàn)無人值守的自動充電，可有效支撐自動駕駛的全程無人化操作，是配合自動泊車/自主代客泊車系統(tǒng)(Auto Valet Parking，AVP)的最佳商用充電方案。

(5) 無線充電能量發(fā)射裝置建設(shè)在車位下方，可有效緩解由于大量建設(shè)充電站導(dǎo)致的土地和空間資源占用。

表1 電動汽車無線充電系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

(6) 智能化的無線充電方式可以實(shí)現(xiàn)“無感”充電，整個充電過程可以無需人為介入。

(7) 更有利于實(shí)現(xiàn)電動汽車和電網(wǎng)的互動，發(fā)揮電動汽車的移動儲能作用。

目前電動汽車無線充電技術(shù)在推廣應(yīng)用中的挑戰(zhàn)主要來自以下幾個方面：

(1) 目前系統(tǒng)設(shè)備成本較高。無線充電同傳導(dǎo)充電相比系統(tǒng)更復(fù)雜，加上還未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；笈可a(chǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈尚未完善，部分元器件需定制，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備成本偏高，這給無線充電市場推廣帶來了一定障礙。但隨著無線充電技術(shù)的不斷發(fā)展和規(guī)模商用，產(chǎn)品的成本必將大幅降低。

(2) 系統(tǒng)效率有待進(jìn)一步提升。無線充電經(jīng)過電能的多次轉(zhuǎn)換以及磁場空間耦合，目前端到端的效率和傳導(dǎo)充電相比有3%左右的差異。當(dāng)前主流技術(shù)方案和產(chǎn)品可以做到最大92%左右的端到端充電效率，可以滿足應(yīng)用需求。

(3) 互操作性等標(biāo)準(zhǔn)體系還未完成建立。目前電動汽車無線充電的國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)尚在制訂中，在線圈形式、電路、控制、通信方案上，各設(shè)備廠家采用的技術(shù)方案不同，性能各異，不能完全實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，影響了EV WPT 技術(shù)的推廣使用。

(4) 公眾對于電動汽車無線充電系統(tǒng)的電磁環(huán)境可能會存在擔(dān)憂，因此如何普及電磁環(huán)境相關(guān)概念及標(biāo)準(zhǔn)，打消公眾對于電磁環(huán)境顧慮也是未來電動汽車無線充電技術(shù)推廣應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)之一。

(5) 由于傳導(dǎo)充電方式發(fā)展早于無線充電方式，在推廣無線充電技術(shù)中可能會涉及到充電樁基礎(chǔ)設(shè)施改造，如何實(shí)現(xiàn)兩種充電方式兼容并存也是目前面臨的挑戰(zhàn)之一。

6 電動汽車無線充電技術(shù)典型應(yīng)用場景

電動汽車無線充電的應(yīng)用場景主要有：① 私人充電設(shè)備使用；② 公共場所的公共充電設(shè)備使用；③ 專用充電設(shè)備使用；④ 立體車庫無線充電；⑤ 其他應(yīng)用場景。幾種場景根據(jù)不用的應(yīng)用對象，在技術(shù)細(xì)節(jié)方面的要求有所不同。

私人應(yīng)用場所如自家車庫安裝無線充電系統(tǒng)，地面端和車載端的匹配要求相對固定，除了必須滿足性能要求和安全要求以外，互操作等要求可以適當(dāng)降低。同時家用電動汽車無線充電系統(tǒng)通常功率等級不大，因此對于系統(tǒng)設(shè)計中的器件選型、電路拓?fù)?、關(guān)鍵部件等要求不苛刻。

公共場所應(yīng)用場景(如公共充電樁)，地面發(fā)射端固定安裝在充電位，需滿足搭載不同車載端電動汽車的無線充電需求，地面端和車載端可能來自不同供應(yīng)商，地面端和車載端的功率等級、離地高度等級可能不同，通信和控制方式也可能存在差異，為保證互聯(lián)互通，必須滿足互操作性的要求。同時，在公共場所應(yīng)用場景下，還涉及充電設(shè)備的鑒權(quán)、認(rèn)證、計費(fèi)等管理過程。

作為專用充電設(shè)備使用的時候，例如企業(yè)作業(yè)場所、工廠廠區(qū)、旅游景區(qū)、游樂場所、機(jī)場、港口或碼頭等特定區(qū)域使用的電動車輛，無線充電的地面端和車載端多采用一一對應(yīng)的模式，充電設(shè)備具有專用屬性，不涉及多種設(shè)備之間的兼容操作，因此互操作等要求也可以適當(dāng)降低。該種應(yīng)用場景下，也可以選擇動態(tài)無線充電方案。

對于立體停車庫應(yīng)用場景，由于其整體自動化水平高、安全要求較高等特點(diǎn)，電動汽車充電時若采用傳導(dǎo)充電方式，勢必增加充電難度，因此在立體車庫應(yīng)用場景下無線充電技術(shù)是較佳的選擇。該場景下的無線充電除滿足性能要求和安全要求外，線圈形式可多樣化，互操作要求不高，F(xiàn)OD、LOD、PD要求可簡化。

其他應(yīng)用場景，比如紅綠燈路口或公交站臺等電動汽車短暫停留場合，可以采用無線充電方式進(jìn)行短時大功率補(bǔ)電。這種方式屬于電動汽車的機(jī)會充電(Opportunity Charging)，是增加續(xù)航里程的重要手段。