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摘要：电动汽车无线充电技术是一种新型的电动汽车能源供给方式。介绍了无线充电技术的分类、电动汽车无线充电技术的工作原理以及电动汽车无线充电技术的应用情况，对比分析电动汽车传统能源供给方式及无线充电方式的优缺点，并对电动汽车无线充电技术的实际应用提出了一些建议。
关键词：电动汽车；无线充电技术；应用前景
引言
传统电动汽车的主要充电方式为用电缆线利用充电桩充电或直接更换电池，但是在操作上存在诸多不便。插头在使用中会存在磨损，并且若是在雨天工作的话，还会存在安全隐患。无线充电技术作为一种新型充电技术，无需用电缆将汽车与供电系统相连，可将充电源埋于地面之下，能够有效减少雨水带来的危害以及电器接触磨损。将无线充电设备安装在停车场、小区道路下，电动汽车停车即可充电，能够大大提高充电效率。
1无线充电技术
1.1短程传输
通过电磁感应电力传输（ICPT）技术来实现，一般适用于小型便携式电子设备供电。ICPT主要以磁场为媒介，利用变压器耦合，通过初级和次级线圈感应产生电流，电磁场可以穿透一切非金属的物体，电能可以隔着很多非金属材料进行传输，从而将能量从传输端转移到接收端，实现无电气连接的电能传输。电磁感应传输功率大，能达几百千瓦，但电磁感应原理的应用受制于过短的供电端和受电端距离，传输距离上限是10cm左右。
1.2中程传输
通过电磁耦合共振电力传输（ERPT）技术或射频电力传输（RFPT）技术实现，中程传输可为手机、MP3等仪器提供无线电力传输。ERPT技术主要是利用接收天线固有频率与发射场电磁频率相一致时引起电磁共振，发生强电磁耦合的工作原理，通过非辐射磁场实现电能的高效传输。电磁共振型与电磁感应型相比，采用的磁场要弱得多，传输功率可达几千瓦，能实现更长距离的传输，传输距离可达3～4m。RFPT主要通过功率放大器发射射频信号，通过检波、高频整流后得到直流电，供负载使用。RFPT距离较远，能达10m，但传输功率很小，为几毫瓦至百毫瓦。
1.3远程传输
通过微波电力传输（MPT）技术或激光电力传输（LPT）技术来实现。远程传输对于太空科技领域如人造卫星、航天器之间的能量传输以及新能源开发利用等有重要的战略意义。MPT是将电能转化为微波，让微波经自由空间传送到目标位置，再经整流，转化成直流电能，提供给负载。微波电能传输适合应用于大范围、长距离且不易受环境影响的电能传输，如空间太阳能电站等。LPT是利用激光可以携带大量的能量，用较小的发射功率实现较远距离的电能传输。激光方向性强、能量集中，不存在干扰通信卫星的风险，但障碍物会影响激光与接收装置之间的能量交换，射束能量在传输途中会部分丧失。
2电动汽车无线充电技术工作原理
2.1 ICPT工作原理
ICPT是以耦合的电磁场为媒介实现电能传递，对于电动汽车用ICPT，是将变压器原、副边绕组分置于车外地面上和车内底盘上，通过高频磁场的耦合传输电能。该系统主要由电源侧发射端、无接触变压器和电动汽车侧接收端组成。其原理如图1所示。电源侧发射端电源从电网获取电能后经过整流滤波获得直流电，进入逆变器中进行高频逆变，产生的高频交变电流在信号控制电路的控制下经过一次侧补偿电路后注入原边绕组，在临近空间产生高频交变磁通；位于汽车底盘的副边绕组在靠近原边绕组空间通过感应耦合高频交变磁通获取感应电动势，同时在信号控制电路的控制下经过整流滤波以及功率调节，从而实现为车载电池提供电能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此系统本质上相当于变压器的疏松耦合系统，其一次侧、二次侧之间通过电磁感应实现电能传输，因气隙导致的耦合系数的降低可以由提高一次侧输入电源的频率加以补偿。
2.2 ERPT工作原理
ERPT是采用2个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，利用线圈及两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。该系统也主要由电源侧发射端、发射/接收线圈和电动汽车侧接收端组成。其原理如图2所示。电源侧发射端电源从电网获取电能后利用振荡器产生高频振荡电流，经过功率放大电路和阻抗匹配电路后，在发射线圈周围形成非辐射磁场，从而将电能转换为磁场；当位于电动汽车侧的接收线圈的固有频率与收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换；同时电流经过整流滤波进入限流/充电调节电路后就可为车载电池提供电能。ERP系统中发射线圈和接收线圈都是自振系统，根据共振特性由发射端激发接收端的共振，以很小的消耗代价来传输能量。能量传输在共振系统内部进行，对共振系统外的物体不会产生影响，其磁场强度和地球磁场强度相似，有效传输距离为几十厘米到几米。在能量传输过程中，电磁波的频率越高其向空间辐射的能量越大，传输的效率就越高。
3无线充电在电动汽车方面的应用
无线充电如何应用到电动汽车方面呢？下面，我们将通过对充电地点、充电方式、充电电池的简单研究分析，最终提出无线充电在电动汽车上的具体应用方法。首先，充电地点的选择。无线充电技术对充电器、被充电设备的距离和状态有关，也就是说，二者之间的距离不能太大，且二者之间没有相对运动，否则就无法稳定和有效的传输电力。因此充电的位置只能是汽车停留的地点，即车库、停车场、路口等位置，公交车的充电装置还可以设置在公交站点。当然，条件允许的地方或高速公路旁还可以专门设置充电站，方便车辆的充电。其次，充电方式的选择。从三种充电方式中可以看出，电磁感应充电所需要的距离太小，无线电波充电的效率太低，而电磁共振充电的距离、效率都能满足蓄电池汽车的需要。最后，对充电电池的选择。电动汽车在城市中随时都会进行充电，因此必须要选择无污染且没有记忆效应的蓄电池进行充电。经过比选，我们对无线充电在电动汽车的应用上有了比较清晰的思路：一方面在道路及建筑工程建设中，由电力供应单位根据规划图事先在路口、公共停车场的车位、单位或小区的停车位和车库下面预埋无线充电的充电器，并做好充电器与电网或太阳能电池板连接；另一方面，汽车生产厂家要在汽车底部安装无线充电的接收装置，并与蓄电池等设备连接；另外，国家相关部门要统一发射、接收信号的频率，使其能够通用。
4无线充电技术在应用发展中应注意的问题
（1）国家要出台相应的政策，鼓励、扶持并规范无线充电汽车的发展和充电设施的建设。一个行业或企业，尤其是利国利民的行业或企业的发展，离不开国家的扶持。无线充电是一个刚刚起步的领域，其有效的发展可以很大程度上解决电动汽车发展的一个瓶颈，但由于对其研发的投资巨大，这就更需要国家进行鼓励和扶持，以加快其研发进程，使其尽早得以应用.（2）无论最终采用何种方式充电、采用何种蓄电池，国家及各地方有关部门都要对其频率、安全、环保、节能等方面进行研究，避免浪费、避免对人体健康产生不良影响、避免对环境造成新的污染，同时要宣传到位，避免人们对电磁的恐惧心理.（3）在实际中，由于发射端置于地下，要注意对其的保护.（4）在雨水较多的地区，除对地下设施的防水外，车辆接收端的防水处理也是一个需要考虑的问题.
结束语
电动汽车无线充电技术具有方便、快捷的优点，但目前还处于研发和探索阶段，在实用化方面还有大量的工作要做。此外根据当前能源匮乏的实际情况，电动汽车实现大功率无线充电技术的产业化运作还为时过早，但作为未来灵活的充电方式，进行前期探索很有必要。随着该技术的不断完善，同时结合中国智能电网的建设，其在电动汽车智能充换电服务网络方面的应用必将大大推动电动汽车的大规模应用。
参考文献：
[1]滕乐天.电动汽车充电机（站）设计[M].北京：中国电力出版社，2009.
[2]邹国荣，程明.电动汽车的新型驱动技术[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3]陈全世.先进电动汽车技术[M].北京：化学工业出版社，2007
论文作者:高宗泽
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：电动汽车论文; 电能论文; 技术论文; 距离论文; 能量论文; 磁场论文; 电磁感应论文; 《电力设备》2017年第32期论文;