電動汽車充電技術及應用研究

謝倩媛，徐 倩

（山東愛普電氣設備有限公司，山東 濟南 250101）

0 引 言

現(xiàn)階段，我國正發(fā)展低碳經(jīng)濟，新能源技術和節(jié)能減排技術是重中之重。因此，本文重點研究了電動汽車無線充電技術。

1 電動汽車無線充電技術

1.1 感應式充電技術

目前，眾多電動汽車充電技術中，感應式無線充電設計得到了廣泛的應用。感應式無線供電技術具有很多特點，如工作頻率低，通常在幾十到幾百赫茲之間，千瓦級功率的無線傳輸可以更好地實現(xiàn)，實際進行近距離傳輸時，輸出功率可以達到95%以上。

1.2 諧振式無線充電技術

系統(tǒng)主要吸收的是電網(wǎng)中的電力能源，通過高頻逆變和整流濾波，工頻交流電可以產(chǎn)生高頻交流電，然后通過功率放大電路和阻抗匹配電路，將其傳送到發(fā)射線圈，當出現(xiàn)了相同的發(fā)射線圈系統(tǒng)頻率和自諧振頻率時，發(fā)射線圈會產(chǎn)生十分大的電流能源，進而使磁場的電流不斷增強。可以利用整流濾波和接收線圈中存在的電能對負載電池進行充電。同時，為更好地保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性，可以使用反饋控制環(huán)節(jié)。

2 電動汽車無線充電技術的特點

2.1 遠場區(qū)

遠場區(qū)是距離場源2D2/l+l以外的區(qū)域，其中D為發(fā)射圈最大的直徑，1為電磁波波長。輻射場在遠場區(qū)起主導作用，電磁波可以看做是平面波，實際工作頻率要高于300 MHz，可以使用Maxwell方程分析這種類型的系統(tǒng)，但由于波長和天線的實際尺寸幾乎相同，所以整個工作工程不能使用集總參數(shù)方式進行分析。由于具有不相同的原理，所以微波式無線電能傳輸技術能夠實現(xiàn)遠距離傳輸。但是由于輻射功率與傳輸?shù)木嚯x為反比，并且遠場區(qū)大功率的傳輸受法律規(guī)定的制約，所以這項技術只能被使用到小型的設備中。激光式無線電能的傳輸技術可以進行長距離電力傳輸，同時其尺寸較小，受周圍環(huán)境電磁的干擾也較小，但其轉化率還需提高，且大氣散射和吸收會出現(xiàn)額外的損耗。

2.2 近場區(qū)

距離場源2D2/l+l以內的區(qū)域，稱作近場區(qū)，整個區(qū)域主要包含感應近場區(qū)和輻射近場區(qū)，其分界邊界。10～100 MHz為近場區(qū)的工作頻率范圍，此系統(tǒng)可以通過法拉第電磁感應定律進行分析。因為接收設備和發(fā)射設備的尺寸一般都小于1/10，所以更加適合集總參數(shù)法。近場無線電力傳輸技術根據(jù)耦合方式存在的差異主要分為電場耦合式和磁場耦合式兩種類型。根據(jù)是否會產(chǎn)生諧振，還可以將磁場耦合式分為磁諧振耦合式和感應耦合式兩種類型，現(xiàn)階段，近場電能傳輸技術被廣泛應用于汽車無線充電系統(tǒng)。各類無線電能傳輸技術性能對比如表1所示。

3 無線充電技術在電動汽車中的應用

3.1 無線充電技術工作原理

電網(wǎng)中，獲取電能后，電源側發(fā)射端電源經(jīng)過整流濾波可以獲得直流電，通過逆變器進行高頻逆變，進而實現(xiàn)車載電池的電能供給。針對無線電能供給系統(tǒng)，其本質和變壓器的疏松耦合系統(tǒng)相近，一次側和二次側的電能傳輸可以通過電磁感應來實現(xiàn)，由于耦合系數(shù)得到降低，所以一次側輸入電源的頻率可以進行補償工作。[1]。

表1 各類無線電能傳輸技術性能對比

3.2 電動汽車無線充電技術應用情況

獲取電能的過程中，電源側發(fā)射端可以通過電網(wǎng)進行工作，高頻振蕩電流可以通過振蕩器發(fā)電，非輻射磁場就會形成于發(fā)射線圈，在此情況下電能會逐漸轉換成磁場。當電動汽車接收線圈中所固有的頻率已經(jīng)和獲得的電磁波頻率相近時，整個電路中形成了較強的振蕩，促使電能的轉換得以有效完成，ERPT系統(tǒng)中，接收線圈和發(fā)射線圈都具有自振系統(tǒng)，按照共振所具有的特性，從發(fā)射端對接收端的共振進行激發(fā)，讓電力能力在傳輸時無需消耗太多[2-3]。表2為功放電路結構優(yōu)缺點。

由表2可知，全橋逆變電路[12-13，27-32]具有電路結構較為簡單，容易控制等優(yōu)點，主要缺點為成本較高。E型功放電路[33-35]具有成本低的優(yōu)點，缺點為傳輸功率較小。

表2 功放電路結構優(yōu)缺點

4 電動汽車無線充電技術發(fā)展探究

4.1 靜態(tài)充電技術

電動汽車充電的過程中，靜態(tài)充電技術主要是讓其處于靜止狀態(tài)，需將控制線圈的位置進行嚴格地控制，并在此基礎上實現(xiàn)一對一的充電。電動汽車在實際充電過程中，靜態(tài)充電技術能夠有效提高電能的傳輸效率。然而，由于接收端與發(fā)射端之間的距離存在一定的差異，導致充電的效率降低，并且感應充電線圈會影響充電的效率。因此，實際使用過程中，應該采取一定的措施控制充電線圈的空間環(huán)境，合理地設置線圈的位置，避免對無線充電造成影響。現(xiàn)階段，充電線圈的布置方式、充電線圈形狀的設計以及異物檢測技術是研究的的重點。

4.2 動態(tài)充電技術

電動汽車在行駛的過程中如果實施充電，可以使用Charging on the go來實現(xiàn)。這種技術也可以稱為動態(tài)無線充電技術。這種技術主要是根據(jù)無線充電技術發(fā)展而來，并將無線通信技術、實時控制技術以及定位傳感技術有效地結合應用。為有效實現(xiàn)移動充電，可以將電能發(fā)射裝置鋪設在馬路下，不需要停車，車體上的接收裝置就可獲得電能[4-5]。

5 結 論

現(xiàn)階段，電動汽車無線充電的方式正朝著效率化、智能化以及靈活化的方向發(fā)展。雖然我國電動汽車充電方面起步相對較晚，但我國電動汽車充電方面的專利在不斷完善，同時相關企業(yè)的規(guī)模也在不斷擴大，可推動電動汽車無線充電技術向著更好的方向發(fā)展。