電動汽車無線充電技術研究與應用分析

張賽瑤

（岳陽廣播電視大學，湖南 岳陽 414000）

0 引 言

現階段，低碳經濟被廣泛推廣。低碳經濟發展的關鍵就是對新能源的充分利用。電動汽車主要通過電能運行，實現零污染排放。雖然電動汽車滿足低碳經濟的要求，但是由于安全性低、充電限制較大等因素，導致電動汽車得不到有效的全面推廣。無線充電技術的研發，恰恰彌補了電動汽車存在的缺陷，為其廣泛應用提供了新的機遇。

1 電動汽車發展情況

進入21世紀以來，隨著工業的發展和汽車的普及，大量有害氣體的排放逐漸增加了大氣污染的程度。因此，電動汽車的推行非常有必要。隨著電動汽車的廣泛應用，傳統的充電方式已經不能滿足人們快節奏的生活，并且對于安全性能的保障也有些欠缺。實際應用中，電動汽車的充電方法和安全性能與電動汽車的發展緊密相關[1]。

2 無線充電技術

2.1 電磁感應式

電磁感應式無線充電技術根據松耦合原理分別在發射端和接收端有一個線圈，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，此時發送端會將產生的能量傳輸到接收端，從而實現能源轉移。但由于缺少磁芯，在能量傳輸過程中有很大部分的磁動勢會散布到空氣磁路中，導致工作效率不佳。電磁感應無線充電技術的工作原理具體如下：首先，從電網獲得交流電，由發射端整流和反相，將其轉換成高頻交流電，通過補償電路傳輸到發射線圈；其次，發送線圈周圍的磁場發生改變，變為高頻交流磁場，二次繞組因空氣交變磁通的作用使磁場產生電動勢；最后，通過相應濾波以及功率調節使電能實現充電。雖然電磁感應無線充電技術效率較低，但也可以保證千瓦級功率的傳輸，在低功耗電氣設備的應用中仍具有廣闊的應用前景。

2.2 磁耦合共振式

與磁感應無線充電技術相比，磁耦合諧振無線充電技術具有更大的發展空間，并可以向多個設備提供電能。此外，磁耦合共振式無線充電技術的充電座和待充電設備之間距離能夠達到0.3 m，并能夠通過放置中繼器的方式進行延長。權威研究表明，磁耦合共振無線充電技術可以實現40 mm厚度的充電，但中國尚未實現這一突破。磁耦合共振充電技術的工作原理具體如下。第一步與磁感應技術相同，都是從電網中獲得交流電并進行整流和逆變，從而形成高頻電流。但磁耦合共振式充電技術在完成高頻電流轉換后，系統會在發送線圈與接收線圈電磁頻率和固有頻率相同的情況下，使電流經過功率放大以及匹配抗組電路后，將其傳輸到發送線圈，從而使接收線圈在此時的振蕩電流達到最強，最后接收線圈通過濾波以及電路實現充電。與磁感應無線充電技術相比，磁耦合諧振充電技術具有傳輸距離遠、能量損耗小及自由空間大的優點。

2.3 微波式

微波無線充電技術是指以微波的形式將電能傳輸到信號接收器，從而實現無線充電。微波式無線充電技術的原理：所獲得的電能被轉換成微波信號，通過發送裝置發送，然后微波信號由接收裝置轉換，轉換的電能存儲在電池中。采用微波式無線充電技術進行電能傳輸，不僅能夠控制傳遞方向，而且因微波穿透性強的特點，具有較遠的輸電距離。但該技術的缺陷也十分明顯，設備體積較大，消耗的資金較多、電能傳輸的速度相對較慢。

3 電動汽車的無線充電技術

3.1 無線充電裝置

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

電磁感應無線充電技術的主要設備是發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磁場和電流，接收裝置主要負責將信號轉化為電能。微波無線充電技術設備主要是微波發射和接收設備。無線充電技術在電動汽車中的應用使得電動汽車的充電模式不再受定位等外部因素的限制，具有很強的便利性[2]。

3.2 無線充電原理

無線充電技術主要通過松耦合器件實現電能的無線傳輸。初級線圈和次級線圈分別位于不同的裝置，以實現發射裝置和接收裝置之間的電能的無線傳輸。電流流經主副線圈后，會產生相應的磁場，通過磁場進行能量的轉換，若主副線圈之間的距離過大，則會產生一定程度上的電能損耗。根據相關權威研究表明，若流經一側電流相對值較大、主副線圈距離較小、兩線圈磁導率大于空氣時，電能的傳輸效率會在很大程度上得到提升。實際應用過程中，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 電動汽車無線充電技術的應用

相對傳統電動汽車充電，無線充電技術能夠更好地解決相關問題，改善限制環境[4]。

4.1 停車充電技術的運用

停車充電技術與傳統的充電方式相似，汽車可以到指定的位置在靜止的條件下進行充電，從而達到為其續航的目的。這種充電技術將在未來得到廣泛應用。

4.2 站點無線充電技術的運用

近年來，無線充電技術逐漸趨于成熟，因此可在未來城市公交領域得到廣泛應用。相關單元可以在公交集合點設置無線充電設施，使電動公交更方便快捷地充電。實現電動公交無線充電設施建設后，可以適當地減少電動公交的電池總容量，以降低政府的投入成本，彌補建設無線充電設施的費用。

4.3 動態無線充電技術的運用

停車充電技術與站點充電技術都屬于靜止狀態充電，雖然提升了充電便利性，但還存在一定限制。動態無線充電方式是未來技術創新和發展的方向，可以對電動汽車電能補充起到重要作用[5]。

4.4 聯合電網的無線充電技術的運用

電動汽車無線充電技術與供電網絡的結合是未來無線充電技術的主要發展方向。聯合電網的無線充電技術能夠通過電網荷載情況對電網的電壓進行及時調控，從而達到對無線充電的合理控制。

未來電動汽車無線充電技術的發展中，需要關注和優化兩個主要問題。（1）現階段的無線充電技術雖已趨于成熟，但還存在很多值得完善的地方，新型材料納入無線充電設備是未來需要實現的目標。（2）當前無線充電技術在一定條件下產生的輻射會對人體健康產生影響。因此，優化無線充電技術的過程中，要盡量降低甚至避免對人體健康造成的危害，實現綠色健康的無線充電技術[6]。

5 結 論

本文主要對我國電動汽車的發展情況進行分析，具體探究了無線充電技術及其應用。