邢丹琼
国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心
摘要：随着电动汽车在我国的逐步推广，电动汽车使用中存在的问题也逐渐暴露，消费者对无线充电技术的需求日益剧增。本文通过分析了电动汽车的发展方向及无线充电的技术难点，提出专利研究的方向。
关键词：电动汽车；无线充电；动态无线充电
一、引言
随着电动汽车的市场逐渐壮大，基础充电设施的需求也日益剧增。基于直流充电桩的有线充电方式太过繁琐，用户必须经过停车、刷卡、插电、充电、拔电等一系列的步骤才能完成充电，且充电这一步耗时1-3小时不等，不具备良好的用户体验。因此，电动汽车无线充电应运而生。
相比有线充电，无线充电具有以下几个优点：（1）电源端与负载短相互隔离，可满足汽车充电的灵活性；（2）随着动态无线充电的发展，随时随处充电成为了可能，如在停车场停车时充电、公路上行驶时充电，提高了汽车充电的便捷性；（3）不受环境因数的影响，如灰尘、雨水、大风等，使得无线充电方式比有线充电更加可靠，且不存在摩擦接触发生火花、插头出现磨损等问题；（4）电动汽车无线充电技术的更新，使电动汽车无须背负沉重的电池，摆脱固定场所的导线连接，使得行驶里程数无限增大。[1][2]
二、现有无线充电技术
现阶段，电动汽车无线充电技术主要有三种，即电磁感应式、电磁共振式和微波传播式。
（一）电磁感应式无线充电
电磁感应式无线充电技术利用耦合变压器的原理，通过充电盒给位于充电底座的一次线圈提供交流电，生成交替变换的磁场。当交替变换的磁场穿过位于电动汽车受电盘的二次线圈时，将在二次线圈产生感应电动势，产生感应电流，从而给电动汽车进行充电，实现无线充电。由于一、二次线圈之间不存在磁芯，磁场主要分散到空气当中，空气的磁阻远远大于磁芯，所以一、二次线圈的耦合系数很低（一般低于0.5）。因此，电磁感应式无线充电对一、二次线圈的距离精确度要求很高，当一、二次线圈的距离不断增大或一、二次线圈产生错位时，无线传输的效率急剧下降，甚至停止充电，难以实现更高效率的无线充电。因此，电磁感应式无线充电技术必须搭配精准的自动泊车技术，让电动汽车刚好停放在指定位置。此外，当一、二次线圈之间存在异物时，将会产生涡流，从而产生发热，既降低工作效率，又对无线充电过程埋下严重的安全隐患。
（二）电磁共振式无线充电
磁耦合共振的概念由美国麻省理工学院在2007年首次提出，研究成功并发表在当年的《SCIENCE》杂志。磁耦合共振是基于共振原理，当两个物体采用相同的振动频率时，或者两者在特定的频率时，会产生能力交换。电磁共振式无线充电即是基于“电磁”共振的原理，位于充电底座的一次线圈受电产生固定频率的磁场，该磁场即为电动汽车充电盘的共振频率，从而将一次线圈的电能传递到二次线圈，实现电动汽车的充电。
（三）微波传播式无线充电
微波传播式无线充电,就是将电能转化为微波频率的电磁波，并以此为载体传输电磁能量。电磁波通过天线发射至空气中，经长距离传输，由指定的天线接收，经过解调重新转化为电能供负载使用。
由于电磁波全向辐射,电磁场能量随距离增加而迅速减小,且因频率较高容易带来较大的系统损耗，导致电能传输效率较低。在此种无线充电技术的应用中需要注意屏蔽装置的设置，以免在充电过程中出现微波泄漏。由此可见,该技术并不适合于大功率、中等传输距离的电动车充电。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
三、动态无线充电的技术难点
目前，市场上投运的电动汽车及充电设施采用多种无线充电方案，对于静止状态下的电动汽车充电效率有了一定的提高。但是，对于动态下的电动汽车，高效无线充电仍是亟待解决的问题。无线充电的安全性也是无线充电技术面临的难题。电磁辐射超标可能对周围的生物及电子产品产生影响，减少甚至避免辐射泄漏也将是电动汽车无线充电技术发展的技术难题。[3][4]
（一）磁耦合的结构仍需优化
磁耦合无线充电技术主要问题是一次线圈与二次线圈的耦合程度不佳，将导致无线电能传输效率的急剧下降。目前，磁耦合无线充电方式的应用方式主要为双极导轨，即在道路上铺设一组电极导轨，在两个电极之间通过电流，从而产生磁场。相比单极导轨，双极导轨的功率更高，尺寸上更适应导轨磁场水平，且具有施工简单、成本低的特点。但是，双极导轨技术存在耦合零点的问题，受磁场分布不均匀的影响，电能转换的效率不高，系统的电能传送不稳定，难以满足用户对快速充电的需求。
（二）电磁兼容效果仍需完善
电磁兼容与无线充电系统的传输效率息息相关，兼容效果不佳可能会造成系统整体受到干扰，导致电能传输不稳定。同时，不兼容的电磁场会产生较大的漏磁，对外界产生较大的电磁辐射，对外界生物的正常活动和电子产品的正常运作会场产生较大的影响。因此，如何通过有效的技术手段减少电磁辐射对外界的不良影响，是目前的主要研究方向。
（三）能量传输鲁棒性仍需提高
鲁棒性，是指控制系统在一定的参数摄动下（即外界因素的干扰下），维持其它某些性能的特性。无线充电的能量传递是一个快速非线性变化的过程，动态无线充电系统中，磁场、介质、耦合等问题都成为影响电能传输的重要因数。因此，如何无线充电的响应速度，提高电动汽车运动状态下电能传输的稳定性，是无线能量传输系统的研究目标。
（四）动态无线充电的推广需大力支持
现阶段，电动汽车的行驶技术不断深度开发，其行驶稳定性有了一定的提高。但是，受限于电动汽车储能容量和充电时长，电动汽车仍无法满足用户对于长距离行驶的需求。动态无线充电能实现电动汽车行驶状态的充电，使电动汽车随时随地充电成为可能。但是，若要大力推广动态无线充电，仍需各方大力支持。
四、小结
本文研究了电动汽车无线充电技术的应用前景，分析了电动汽车无线充电技术的发展难题，倡导将研发资金投入到重点难点，以取得技术性突破。此外，电动汽车的推广仍需国家和政府的大力支持。在基建设施上加大投入，推动电动汽车充电技术的标准化，推进分布式电源的应用，为电动汽车的新发展提供支持。
参考文献：
[1] 段秦刚, 王一, 王宁,等. 基于商业应用的电动汽车无线充电技术研究综述[J]. 陕西电力, 2017, 45(6):18-23.
[2] 佚名. 《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》发布[J]. 汽车纵横, 2015(12):10-13.
[3] 程祥, 马小三. 电动汽车无线充电技术的相关研究[J]. 工业控制计算机, 2017, 30(6):145-146.
[4] 朱春波, 姜金海, 宋凯,等. 电动汽车动态无线充电关键技术研究进展[J]. 电力系统自动化, 2017, 41(2):60-65.
论文作者:邢丹琼
论文发表刊物:《知识－力量》2018年1月下
论文发表时间:2018/4/24
标签：电动汽车论文; 线圈论文; 技术论文; 电能论文; 磁场论文; 电磁论文; 导轨论文; 《知识－力量》2018年1月下论文;