李玉琴　谢金媚

摘 要：近些年来，我国社会经济稳定且持续的增长，提高了社会公众的生活水平，为了更进一步巩固人们的生活质量，国内逐渐开始研发电动汽车高效率无线充电技术，并广泛投入到社会各阶层进行使用，造福人民，同时为生产加工及制造领域提供全新的生产技术依据。随着无线充电技术的出现，推动了新能源汽车的进一步创新。

关键词：电动汽车 高效率 无线充电 技术研究

Research on High-efficiency Wireless Charging Technology for Electric Vehicles

Li Yuqin，Xie Jinmei

Abstract：In recent years， China’s social economy has been growing steadily and continuously， which has improved the public’s living standards. In order to further consolidate people’s quality of life， the country has gradually begun to develop high-efficiency wireless charging technology for electric vehicles， and has been widely invested in all sectors of society. And at the same time the article provides a new production technology basis for production， processing and manufacturing. The emergence of wireless charging technology further promoted the innovations in new energy vehicles.

Key words：electric vehicle， high efficiency， wireless charging， technology research

1 引言

电动汽车高效率无线充电技术的应用造福了社会公众的日常生活，进一步提升了人们的生活质量，为人们提供更优质的生活条件，电动汽车高效率无线充电技术的出现和应用同时也为人们提供更多的就业机会。

2 简述电动汽车无线充电技术

2.1 电动汽车无线充电技术研发背景

社会经济的高速发展造福人民，提高人们的平均收支水平，但同时也严重破坏了国内生态循环系统，不利于我国可持续发展目标的实现。为了更进一步的节约自然资源，降低对生态循环系统的污染，国内环保机构提出“电动汽车”这一概念，并联合生产、加工及制造领域共同研发出高效率无线充电技术，减少了出行旅游对普通汽车的使用率[1]。

在电动汽车的实际应用过程中，由于充电条件的客观因素限制，因此造成了使用不方便等问题。为了促进电动汽车在当前社会中的便捷应用，必须研发全新的电气动车充电技术，基于此，无线充电技术应运而生。随着无线充电技术在社会中的普及应用，为电动汽车在国内的广泛使用提供了良好的环境，同时也推动了汽车相关生产制造产业的稳定发展。

2.2 电动汽车无线充电技术的优缺点

目前為止，我国可持续发展仍然处于落实阶段，为了更进一步推进可持续发展理念在当前社会中的深入渗透，电动汽车及其无线充电技术的应用势在必行。随着有关机构对电动汽车的研究愈发全面，电动汽车的充电方式呈现多元化发展趋势，现阶段，电动汽车无线充电技术的形式主要包括充电桩、更换电池组以及直流快充等等[2]。

当然，任何事情均有两面性，电动汽车无线充电技术亦是如此。为了能够全面发挥出电动汽车有线及无线充电技术的优势，有关机构应当认真且全面的剖析电动汽车的应用途径及其与有线及无线充电技术的契合度。有线充电技术包括一次性转换能源、电能损耗小、节能环保等优势，而无线充电技术则包括方便快捷、安全性高、无接触损耗等优势。

3 国内外有关电动汽车高效率无线充电技术的研究现状

3.1 国内电动汽车高效率无线充电技术研究现状

随着社会发展对生态环境的破坏程度越来越高，人们对有关新能源的研发制造也愈发关注，尤其是电动汽车的无线充电技术应用。近些年来，国内科研组织相继开展了对无线电能传输技术的研究与应用工作。为了表示对新能源事业的高度重视，中国科协于2017年在沈阳举办了“中国国际电动汽车会议”的学术沙龙[3]。

纵观中国科学史，这是国内第一次举办有关无线电能传输领域的学术会议，在接下来的几年里，国内又相继在重庆、贵阳、南京、武汉等一线城市举办了有关无线电能传输技术的学术会议，旨在深入且全面的研究关于无线电能传输的技术要点，不仅针对电动汽车而言，同时也为其他生产制造领域提供坚实可靠、实用性强的全新加工工艺。

3.2 国外电动汽车高效率无线充电技术研究现状

部分先进的西方国家对电动汽车无线充电技术早已落实研发，例如美国、德国、日本等等，现如今，部分西方国家已经掌握了相对成熟的无线电能传输技术，并对其技术核心实施严格的保密工作，这也充分证实了无线电能传输技术对国家整体发展的重要意义。早在20世纪初期，新西兰、日本、美国以及韩国等国家就对电动汽车高效率无线充电技术难点展开研究。

首先是美国的橡树岭国家实验室，早期对高效率无线充电技术的耦合机构、传输特征、介质损耗以及电磁辐射等展开较为深入的研究，并将研究结果尝试应用在实际发展当中。其次是日本东京大学，日本在20世纪初期就提出了基于直流/直流变换器的副边最大效率控制方法，这可能是目前为止国际范围内最高效的电流转换控制方式。

4 电动汽车高效率无线充电技术研究中的重点项目

4.1 磁耦合机构设计技术

目前为止，国内已经研发出分立式连续单线圈结构、矩形长线圈型以及双磁极型无线供电导轨技术，为无线电能传输领域的研发工作提供坚实有力的技术依据，同时也保障了研究所得数据的真实性与可靠性，这也足以证明磁耦合机构的重要性。受到新技术与新理念的支撑，国内最近新研发出一种三相交流激励能量发射导轨以及Quadrature-type接收端这种磁耦合机构可有效消除三项交流电之间的交叉耦合，同时大幅提高能量拾取机构横向偏移的可容忍程度。

基于新时代的发展需求，除了长线圈型供电导轨之外，国内市场又自主研发了双磁极型供电导轨模式，扩充了电动汽车高效率无线充电技术的研究内容，从实质上转变了传统的无线充电技术。外界因素对双磁极型供电导轨的影响不大，但是其本身的磁场分布不均匀，存在耦合系数零点，且成制造成本相对较高。虽然如此，但是双磁极供电导轨的优势也很多，例如功率密度高、尺寸紧凑、不受场地影响、侧移适应性强、施工难度小以及暴露水平地等等。

4.2 能量传输鲁棒控制技术

能量传输鲁棒控制技术是无线充电技术中的要点之一，也是有关无线电能传输领域中的关键研究项目，因此应充分重视能量传输鲁棒控制技术的研发工作，尽可能为其提供全面且足够的数据资料，支撑其实现多元化、高效化发展。东京大学采用副边控制策略，在整流电路后加入Buck变换器，利用状态空间平均法建立小信号模型，基于极配置法设计比例-积分（PI）控制器，实现恒功率或最大功率的稳定控制。

在研究高效无线电能传输技术的过程当中，鲁棒控制是关键点，而在落实鲁棒控制研究工作时，国内外科研机构所采用的验算方式“各有千秋”。通过观察，多数的国外研究机构通常采用PI控制算法，且控制参数一般通过极点配置法进行自主选取，该方法的优势是相对简单且易于实现，演算结果的准确性与可信程度也相对较高。

4.3 电磁兼容技术

目前的无线电能传输均是通过高频的强磁场实现传输功能，由于电磁环境的复杂程度较高，且需要实现较高的传输频率，因此电磁兼容设计成为无线电能传输的重点研究项目。首先，相关科研机构需要做的就是持续优化电磁兼容的设计思路，提高无线电能传输的效率，其次就是确保无线电能传输的安全质量，减少无线电能传输过程中的人员接触。

当前的电磁兼容设计主要包括磁屏蔽设计、频率配置、接地设计、剩磁设计、软件抗干扰设计等等，而在设计过程中，工作人员同时需要注意无线电能传输的电磁干扰因素，这些干扰因素大致可分为两种，一种是主动屏蔽，另一种则是被动屏蔽，顾名思义两者的屏蔽主体恰好相反，因此设计人言在优化思路时应注意区分两种电磁干扰的因素类别。

4.4 多导轨充电技术

近些年来，国内对电动汽车高效率无线充电技术的研究愈发深入，且对其中多导轨充电概念也展开了全面研究。截至目前，电动汽车无线供电系统的导轨模式主要包括单级导轨模式以及多级导轨模式。对于单级导轨模式而言，初级回路是基础，同时只有相应的一条导轨和一套初级电能变换装置;对于多级导轨模式而言，初级回路中就增加了多段导轨。

多级导轨供电同时存在两种电能传输形式，一种是单层多级导轨供电模式，而另一种则是复杂程度相对较高的双层多级导轨供电模式。在前者运作的过程中，系统供电导轨基本上被切分为N段导轨，每段导轨均会配备独立的变换装置、谐振补偿装置等等;而在后者的运作过程中，以单层多级导轨供电系统为基础，将N段导轨进行完善，形成N个导轨组。

较之单层多级导轨供电系统，双层多级导轨供电系统的运作效率高，稳定性更强，安全质量更高，有效减少了各段导轨之间的不良接触，避免发生电流紊亂等问题的发生。双层多级导轨供电模式具备分时分段供电、降低系统电能损耗、提高电能传输效率、易于维护控制、减少电能转换装置、降低电子器件要求以及降低参数变化敏感度等技术优势。

5 结语

经济的增长不仅造福于民，同时也对自然生态造成损坏，因此应在兼顾经济发展的同时实现对生态系统的保护，故而对传统燃油汽车的减量势在必行，而全新的电动汽车将成为国内汽车制造业的全新发展趋势。

项目名称：电动汽车无线充电技术可行性研究;项目来源：2020年广西高校中青年教师科研基础能力提升项目;项目编号：2020KY66010。

参考文献：

[1]吴振军，冯凯，窦智峰，高鹏飞，金楠，武洁.磁场耦合谐振式无线电能传输补偿拓扑结构效率特性分析[J].轻工学报，2021，36（02）：83-91.

[2]林清华.跑道型松耦合变压器在电梯轿厢无线供电系统中应用研究[J]. 电气应用，2021，40（03）：22-28+89.

[3]刘璐，徐桂芝，石凯凯，曹智阳.线圈偏移对无线电能传输效率的影响及优化[J]. 现代电子技术，2021，44（08）：123-127.