電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)應(yīng)用分析

陳軍 神東補(bǔ)連塔煤礦 017209

引言：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。目前，能源正在減少，環(huán)境問題正在惡化。因此，電動(dòng)汽車作為一種新型的環(huán)保節(jié)能汽車受到了廣泛的關(guān)注。無線充電技術(shù)首先被廣泛使用在各種電器、手機(jī)上，之后被應(yīng)用于電動(dòng)汽車，它不僅提供了的電動(dòng)車所需的能量，而且還繼續(xù)推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展。本文首先介紹了無線充電技術(shù)，然后分析了電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的結(jié)構(gòu)，然后分析了無線充電技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)。

一、無線充電技術(shù)的工作原理

（一）ICPT是如何工作的

ICPT使用耦合電磁場作為傳輸電能的手段。對(duì)于電動(dòng)汽車的PCI，變壓器的初級(jí)線圈和二級(jí)線圈分別安裝在汽車外部和底盤上，電能通過高頻磁場耦合傳輸。該系統(tǒng)主要由電源側(cè)的發(fā)射端、非接觸式變壓器和車輛側(cè)的接收端組成。原理如圖1所示。

當(dāng)電源側(cè)的電網(wǎng)供電后，對(duì)其進(jìn)行校正和過濾，形成直流電源，然后進(jìn)入逆變器進(jìn)行高頻逆變器。在信號(hào)控制電路的控制下，將產(chǎn)生的高頻交流電流在一次側(cè)補(bǔ)償電路后注入一次側(cè)。繞組在相鄰空間產(chǎn)生高頻交變磁通量 位于汽車底盤處的繞組，通過高頻交變磁場感應(yīng)耦合空間中的初級(jí)繞組，以及控制電路和電源，可通過控制信號(hào)整流和濾波調(diào)整車電池來提供能量。該系統(tǒng)本質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)松散耦合的變壓器系統(tǒng)。電力傳輸是通過一次側(cè)和二次側(cè)的電磁感應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。通過增加一次側(cè)輸入功率的頻率，可以補(bǔ)償耦合系數(shù)減小的問題。

（二）ERPT的工作原理

ERPT使用相同頻率的兩個(gè)諧振元件來產(chǎn)生強(qiáng)相互耦合。線圈和兩端的板容量一起形成一個(gè)諧振電路，用于無線傳輸能量。該系統(tǒng)還主要包括電源側(cè)發(fā)射端、發(fā)射/接收線圈和車輛側(cè)接收端。原理如圖2所示。

一旦電源側(cè)的電源側(cè)由電網(wǎng)供電后，振蕩器應(yīng)使用產(chǎn)生高頻振蕩電流。經(jīng)過功率放大電路和阻抗自適應(yīng)電路后，在發(fā)射線圈周圍形成非輻射磁場，將電能轉(zhuǎn)化為磁場 當(dāng)位于電動(dòng)汽車側(cè)的接收線圈的固有頻率與收到的電磁波頻率相同時(shí)，接收電路中產(chǎn)生最強(qiáng)大的電流和磁場的轉(zhuǎn)換成電力，同時(shí)電流經(jīng)過整流濾波進(jìn)入限制/電調(diào)節(jié)電路后就可為車載電池提供電能。

在ERPT系統(tǒng)中，發(fā)射線圈和接收線圈都是自振系統(tǒng)。接收端根據(jù)共振特性由發(fā)射端激發(fā)，能量以最低的成本傳輸。能量轉(zhuǎn)移發(fā)生在共振系統(tǒng)內(nèi)部，不影響共振系統(tǒng)外部的物體。磁場強(qiáng)度類似于地球磁場強(qiáng)度，有效傳輸距離在幾十厘米到幾米之間。在能量傳輸過程中，電磁波頻率越高，向空間輻射的能量越大，傳輸效率越高。

二、無線充電技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）換電模式

要更換電池，可在10分鐘內(nèi)用充滿電的電池替換汽車中幾乎耗盡的電池。該工藝可以有效地解決里程不足的問題，同時(shí)還便于集中充電和進(jìn)行專業(yè)的電池維護(hù)。梯次利用還可以延長電池壽命，提高電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于用戶來說，可以在不購買汽車的情況下更換電池，從而降低了一次性購買的成本。此外，更換電池的方法可以充分利用低谷的電價(jià)，降低充電成本。由于電池笨重，更換電池的專業(yè)要求是嚴(yán)格的。需要專業(yè)人員使用專業(yè)機(jī)器快速更換、充電和維護(hù)電池，如何實(shí)現(xiàn)電池pack的標(biāo)準(zhǔn)化和換電技術(shù)的實(shí)用化是換電模式推廣的關(guān)鍵。

（二）交流慢充

交流慢充充電模式由交流充電桿供電，汽車充電器完成交流/直流轉(zhuǎn)換，充電功率一般較低，充電時(shí)間一般為5-8小時(shí)。這樣可以降低充電電流，降低電池在充電過程中產(chǎn)生的熱量，提高充電效率，延長電池壽命，主要問題是充電時(shí)間過長。

（三）直流快充

快速直流充電模式由汽車充電器的交流/直流轉(zhuǎn)換完成，充電功率大。正常充電時(shí)間一般為3 ~ 4小時(shí)，也可在20min~ 2h內(nèi)提供。直流快充的電流一般為150 ~ 400A。高電流的頻繁快速充電將大大縮短電池壽命，并對(duì)充電連接器 的規(guī)格和充電裝置的容量提出更高的要求。此外，高速充電引起的大電流變化會(huì)影響電網(wǎng)，導(dǎo)致公共電網(wǎng)電壓波動(dòng)，大功率充電器產(chǎn)生的大量諧波也會(huì)影響公共電網(wǎng)的能源質(zhì)量。

三、無線充電技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

為了使充點(diǎn)電技術(shù)不斷的優(yōu)化以滿足電動(dòng)汽車的需求，無線充電技術(shù)的將朝著以下幾個(gè)趨勢(shì)發(fā)展。首先是智能化，在中國AI人工智能快速發(fā)展的當(dāng)下，充電技術(shù)不僅要考慮充電的速率，還要考慮電動(dòng)車的承受能力，尤其是BMS的管理系統(tǒng)，未來無線充電技術(shù)將需要具備自動(dòng)識(shí)別電動(dòng)汽車是否已經(jīng)充滿電的功能，以防止電池過充。其次在電動(dòng)汽車的智能開發(fā)中，還應(yīng)重視智能導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)，以提高電動(dòng)汽車和發(fā)射機(jī)的狀態(tài)，提高的效率。最后，在電動(dòng)汽車的發(fā)展中，應(yīng)該注意的是，一些新的節(jié)能環(huán)保材料可以用來增加電動(dòng)汽車的傳動(dòng)功率和系統(tǒng)效率，從而增加傳動(dòng)距離。

結(jié)論：總而言之，無限充電技術(shù)在未來電動(dòng)汽車快速發(fā)展的大背景下，很容易實(shí)現(xiàn)大范圍的推廣，同時(shí)也更加方便的充電需求。加上無線充電的便捷性，使得其應(yīng)用場景更加的廣泛，此外，數(shù)種無限充電技術(shù)的不斷發(fā)展將為無線充電帶來更多的技術(shù)解決方案，也更加能滿足未來的市場需求。