北汽福田汽车股份有限公司 韩建友

电动汽车动态无线充电关键技术初探

北汽福田汽车股份有限公司 韩建友

目前在人们日常的代步工具中电动汽车最普遍，而我国电动汽车充电上主要是接触式充电，同时无线充电技术也在不断发展。现今无线充电技术以静态为主，而其动态的充电方式作为对静态的一种完善及补充符合未来电动汽车对无线充电的要求，并且有利于电动汽车的推广，使其充电更加便捷。我国对于动态无线充电技术相关结构一直在不断地进行研究，但是受多方面因素的影响，此种充电形式在发展中还有许多限制及阻碍，这些瓶颈需要相关人员针对其特点进行解决，从而使动态无线充电技术可以得到良好的发展及高效的应用，进而为电动汽车绿色出行提供发展空间。

电动汽车；动态无线充电技术；现状；发展

在现代社会中人们出行少不了代步工具的使用，而汽车的使用是造成温室效应的主要因素之一，因此我国在发展的过程中不断推广绿色出行方式，电动汽车就是一种节能环保的交通工具。但是在实际中，受电车电池容量的影响，其充电问题成为电动汽车出行中最主要的一个问题，尤其是现今充电站设置较少且固定，充电基础设施的限制严重地阻碍了电动汽车的普及与发展，成为了需要着重解决的难题之一。

1 电动汽车动态无线充电技术的特点及种类

1.1 无线充电技术在电动汽车充电中应用的特点

无线充电技术主要是利用无线电能传输技术来进行无接触式充电，并且此种技术在应用中可以突破接触式充电中需要面对的接口限制，并解决传统充电模式中存在的安全问题，在应用中较传统的充电方式更加成熟，这种非接触的电能传递方式可以提高充电效率并简化充电流程。

1.2 无线充电技术的分类

通常在无线充电的分类中会依据其形式分三个种类，为此以下对这三种无线充电技术进行了简单的分析。

（1）电磁感应式充电。主要是利用送电线圈及接电圈来进行电能的交接变流，促使在线圈之间形成磁束的交替变换，从而保证线圈可以在电磁感应中完成感应电动势及接收交变电流，从而保证无线充电的完成，目前电动汽车无线充电是一种具有较高开发意义的充电技术。

（2）磁共振充电技术。在应用磁共振上需要具有以下几个部分，电源、输出、接收及整流器等，根据其技术特点可以得知此种技术在实际应用中与电磁感应基本相同，也是在充电过程中将电源电流转换为交变磁束进行传输接收，而与电磁感应式充电不同的是其在实际中为了达到共振频率的可控性会采用可控电路及高频驱动电源对其进行调整，同时采用兼备线圈及电容器来提高电力传输及接收的单元性能。

（3）微波充电。这种充电方式主要是应用电波发生装置进行电力的输送，此装置的频率为2.45GHz的微波频率，与磁控管的原理大致相同，在微波传送中，其应用的主要为交流电源，但是可以在传输的过程中应用整流电路来对电流进行转换，使其转换为直流电来进行充电，但是在此种无线充电技术的应用中需要注意屏蔽装置的设置，以免在充电的过程中出现微波泄露的情况，可利用金属屏蔽装置来改善这一问题。

2 开发电动汽车动态无线充电技术的重要性

目前技术的发展特点及电动汽车电池的容量使电动汽车在应用中的电力消耗可能无法满足出行需求，虽然原有的静态无线充电技术可以有效地解决接触式充电中存在的不足，但是在实际中，仍然有充电频率多、续航效果较差及成本高等问题，这些因素的存在限制了无线充电技术的发展。尤其是在现今鼓励绿色出行的趋势下，一些电车为了保证出行效率必须要保证电车的续航能力，为此应用动态无线充电技术使电动汽车在行车过程中可以进行动态充电已经成为了无线充电技术在发展中的一项重要内容，也是其重要的发展方向，这样才能改善人们的交通出行结构，保证动态无线充电技术可以更好地开发及推广。

3 动态无线充电技术在发展中遇到的问题

3.1 无线充电装置中耦合的问题

动态无线充电技术的应用对其原有的技术有了更高的要求，其中非常重要的一点就是在装置的设置上应用双极供电导轨进行耦合机构的设置，通常此种结构在实际中要优于单极性导轨，双极导轨在实际的应用中功率要更高，并且在尺寸上可以适应轨道磁场水平，具有施工简单、效率高、成本低等优点。但是，在实际的应用中还存在着一个不可忽略的问题就是此种技术存在耦合零点的问题，主要是由于在双极导轨中其磁场分布并不具备规律性，这也导致了在电力传输的过程中各个部分磁场形成不均匀，其耦合问题致使电能在传输的过程中会出现功率转换效率不高的问题，整个系统出现电能传输不稳定的情况，无法达到快速充电及高效充电的目的，需要对此进行优化设计。

3.2 动态无线充电技术电磁兼容效果不佳

电磁兼容作为动态无线充电技术中重要的环节，关系着无线充电系统在实际应用中的效率，电磁兼容问题影响着电能传输，并且在实际中其兼容效果不佳可能会造成电能系统整体受到干扰，出现电能传输不稳定的情况，同时电磁兼容问题也与人们的身体健康有着一定的关系。为此，在实际中必须要解决其存有的兼容问题才能使动态无线充电系统装置高效、稳定地运行，保证在动态无线充电过程中具有较高的可靠性。目前对于其电磁兼容效果不佳的问题主要研究方向为如何通过有效的技术手段来使电磁兼容所产生的影响在最小的范围内，进而保证系统整体的安全性及可靠性。

3.3 鲁棒在动态无线充电系统中所存在的控制问题

上文提到了动态无线充电系统主要应用双极性导轨，因此磁场、介质、耦合等问题都成为影响其控制的因素。能量传输处于快速非线性变化过程，如何提高系统稳定性，提升系统响应速度成为动态无线能量传输系统控制策略的研究目标。

4 电动汽车动态无线充电技术

4.1 磁耦合机构设计与优化

现有的动态无线供电导轨大致分为以下几类：分立形式的连续单线圈结构、矩形长线圈型与双磁极型。从2011年到2015年KAIST研究人员提出了具有更大传输距离、更窄宽度、更高效率的第四代Ⅰ型结构双极型磁芯轨道及第五代S型结构双极型供电导轨。双磁极型供电导轨将磁通路径从以往与车辆行进方向垂直改变为沿车辆行进方向，以其功率密度高、尺寸紧凑、施工难度小、对轨道两侧磁场暴露水平低、侧移适应性强等特点，更适合应用于电动汽车动态无线供电。通过自解耦原理优化两相线圈的尺寸、位置等参数消除交叉耦合，使两相线圈可以在任意位置同时工作互不影响，实现高效能量接收。同时，以上述耦合机构为基础，研究了相适应的鲁棒控制技术和电磁兼容技术，可有效解决耦合系数零点问题，大幅度提高整体传输效率。

4.2 能量传输鲁棒控制技术

在动态无线电能传输控制技术方面，主要分为原边控制、副边控制和双边控制三种方式。奥克兰大学提出通过调节逆变器驱动信号占空比来控制原边谐振电流的方式，简化了系统的结构。原边控制供电导轨恒流，产生恒定交变磁场，无需计算反映阻抗无法实现最大效率控制。

4.3 电磁兼容技术动态

无线电能传输利用高频强磁场实现电能的无线传输，自身工作频率较高，电磁环境复杂，因此电磁兼容设计是一项重要内容，具体包括磁屏蔽设计、频率配置、接地设计、剩磁设计、软件抗干扰设计等。利用铁磁性材料可改善磁耦合线圈的自感和互感系数，在增强耦合性能的基础上进一步优化磁场空间分布约束，磁路损耗较小，但屏蔽效果有限。金属屏蔽广泛应用于射频场合中，可抑制高频磁场电磁干扰。

5 在交通中可以应用的动态无线充电方式

5.1 行车过程中进行充电

其主要是将无线充电发送装置铺设在固定的路段上，电动汽车在此路段行驶的过程中可以通过充电系统的发送装置进行电力的输送，在短时间内快速的进行充电活动，使汽车在行驶的过程中也可以补充电能，体现出随时进行充电的动态系统功能。

5.2 公交车停站时进行充电

此种方法主要是在公交站台设置相应的无线充电系统，公交车在站台停站的同时由充电系统进行电力传送，使公交车可以及时地补充电能，此种方法可以使公交车不需要携带大型的电池，减小电池容量及体积的同时还可以节约充电时间，避免续航能力差等问题发生，进而降低公交车运行成本，此种方式也被归为动态无线充电技术的一种。

5.3 利用智能电网进行无线充电控制

其主要是将电动汽车的无线充电也归为智能电网控制管理所需要负责的部分，由智能电网对无线充电装置进行控制。此种方法可以协调区域内的用电情况，在智能电网管控中通过对电动汽车行驶区域的电力使用情况及电力负荷情况来进行智能的充电及电力的控制，从而保证电网运行效果良好，电力使用情况在电网负荷的范围内。

6 结语

以上从多角度对动态无线充电技术在实际发展中可能遇到的问题进行了分析，并对此做出了针对性的深入解读，提出了可以在实际中采用的解决方案，使动态无线充电技术可以更好地发展。但是这些理论内容还需通过实践来进一步的探索，不断地在实践中总结经验，目前我国相关技术的研究还处于实验阶段，在动态无线充电技术投入使用上还需对其技术进一步的完善。对于动态无线充电在交通行业中的商业化、产业化、工程化，技术只是其中的一个部分，要想真正达到全面推广使用的目标，还有较长的路需要走，在此过程中仍然需要探索及发现技术中存在的不足，使动态无线充电技术可以引领先进的技术理念。

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