淺析無線充電技術原理及前景分析

石丁 米國挺 王亞亞

摘 要：隨著環境問題越來越被重視，傳統的交通工具受到越來越大的質疑。低碳環保是經濟發展的基本需求。電能是首選能源，與其配套的無線充電技術是研究重點。本文主要介紹了無線充電技術的四種主要技術的原理，優缺點，最后對比了有線充電技術與無線充電技術。

關鍵詞：電動汽車;無線充電;技術原理

人們生活水平的不斷提高以及對生活品質的高要求，汽車已經成為人們生活中不可缺少的代步工具，每家基本都有一輛家用汽車，有些家庭還有兩輛甚至更多。但傳統的汽車都是以是由為核心原料，然而隨著汽車數目的不斷增加，給環境造成了嚴重的污染，我國大部分地區霧霾嚴重，空氣質量下降嚴重。為了解決人民對高品質生活的要求及環境污染之間的矛盾，人們從上世紀就已經開始了對新能源汽車的研究與探索，在新能源當中，毫無疑問電能是最簡單最方便，所以，電動汽車自然而然成為了替代傳統能源汽車最為理想的選擇。但是，這個替代過程是非常漫長的，包含了很多制約因素，其中最為核心的就是充電技術。多年來，很多的技術工作者將目光與精力都投入其中。

19世紀30年代，被稱為電磁之父的“邁克爾·法拉第”發現變化的磁場產生變化的電流，到2007年，美國麻省理工學院的馬林·索爾賈希克等人用2 m外的電源，“隔空”點亮了一盞60W的燈泡，至此無線充電技術成為未來的發展方向，誰掌握了先進的充電技術，誰就在國際上掌握了話語權。無線充電技術是最近這些年出現的一個主流技術，未來有著無限的光景。電動牙刷，無線電話等部分家電產品中已經開始使用無線充電技術，現在人們又將此技術的應用擴大到電動汽車和列車領域，新興的充電方式，必將改變我們的生活方式，給我們的生活提供更多可能性。

1 目前主要有四種無線充電方式

1.1 電磁感應形式

電磁感應式無線充電技術是發展最悠久、最成熟、普及度最高的無線充電技術，它的根本原理是：在發送和接收端各有一個線圈，發射端線圈連接有線電源產生電磁信號，接收端線圈感應發送端電磁信號從此產生電流給用電設備，其工作原理與變壓器類似，都是靠電磁感應。它電磁感應式的優點：（1）輸出功率較大，可達到幾瓦至幾百瓦，完全滿足小功率用電器的需求;（2）傳輸距離較短，小于1厘米;（3）制作成本較低，技術較為成熟;（4）環境適應能力強，有一定穿透性。缺點：充電效率較低，難以滿足大功率傳輸需求，傳輸距離過短。

1.2 磁共振形式

磁共振方式的原理與聲音的共振原理相同。相同的音叉，當一個發聲，由于振動頻率相同其他的音叉也會跟著發聲。相同振動頻率的線圈，如果排列在磁場當中，當一個供電之后，就會產生磁場，從而實現向另一個線圈的供電。相比電磁感應式，磁共振式利用這一原理可延長傳輸距離。磁共振式無線充電的充電效率可達到數千瓦，傳輸距離理論上可達到數米甚至數千米，也可實現一對多充電。但是，磁共振式無線充電轉化效率不高，設計難度較高，維護成本高等問題，致使磁共振式無線充電技術應用不夠普遍。

1.3 電場耦合式

電場耦合方式的無線供電技術與“電磁感應方式”和“磁共振方式”不同，電場耦合方式利用通過沿垂直方向耦合兩組非對稱偶極子有產生的磁感電場來傳輸電力，具有抗水平錯位能力較強的特點。

電場耦合式無線充電技術可實現傳輸功率 1W-10W 左右的無線充電，由于間隙的存在，能量在極板間的功率損耗較大，因此不能實現大功率電能傳輸;而傳輸距離最高能達到數厘米，充電效率最優可達到 70% 到 80%，非常適合短距離充電，發射端和接收端的位置可以不固定，但由于設備體積和充電功率限制，目前市場應用不多。

無線電波式。無線電波式無線充電技術將微波的能量轉化為電能，從而實現無線電力傳輸。其原理與早期的礦石收音機原理相似。主要由微波發射裝置和微波接收裝置組成，可以將從障礙物反彈回來的無線電波輕松獲取，從而實現能量的接收。無線電傳輸功率比較小，最高100毫瓦，傳輸距離比較遠，最高10米。缺點是轉化效率比較低，發射器發送的大量功率以無線電波的形式被浪費掉，從而制約無線電波式無線充電技術發展，目前并未得到廣泛地推廣。

2 無線充電技術與傳統充電技術的對比

傳統的充電技術存在四點不足。首先，安全性差，需要專業的技術人員進行操作和日常的維護管理。有線充電站采用集中充電方式，充電地點固定，資源限制嚴重，充電完成后需要專業人員進行調試，充電設備容易出現破損，銹蝕等問題，降低充電效率及可靠性。其次，傳統的充電站建設代價大。修建有限充電站需要在城市的核心地段修建，這些地方人員密集使用率比較高，但地價太高。再次，運營效率低，單次充電時間長。最后，抗干擾性能差，灰塵，濕度等環境都會對有線充電方式產生巨大的影響，甚至可能帶來一些安全隱患。

相反，無線充電技術具有不可比擬的優勢。第一，安全可靠，對于極端環境的抗干擾性能強，泥沙，濕度等完全不影響充電作業。第二，無線充電可以直接利用停車場或停車區域甚至是停靠站，不需要在核心地段專門建設充電站，解決了代價高的問題。第三，高效節能環保，充電更加便捷。汽車可以在起點或者終點或者中途的停靠站隨時進行電量補充，隨充隨用，不用太長的充電時間。第四，無線充電系統操作簡單，減輕工作人員的工作量。

3 結語

通過對有線充電和無線充電的對比，筆者相信，隨著人們對便攜性、高效率、環境品質的追求，無線充電技術是未來的主要趨勢，發展前景巨大，取代無線充電技術是必然趨勢。

參考文獻：

[1]GB/T 27930—2015，電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議[S].

[2]GB/T 29772—2013，電動汽車電池更換站通用技術要求[S].

[3]GB/T 19596-2004，電動汽車術語[S].