電動汽車無線充電技術(shù)通過埋于地面下的供電導軌以高頻交變磁場的形式將電能傳輸給運行在地面上一定范圍內(nèi)的車輛接收端電能拾取機構(gòu)，進而給車載儲能設(shè)備供電，可使電動汽車搭載少量電池組，延長其續(xù)航里程，同時電能補給變更加安全、便捷。動態(tài)無線供電技術(shù)的主要參數(shù)指標有電能傳輸距離、功率、效率、藕合機構(gòu)側(cè)移適應(yīng)能力、電磁兼容性等。因而，開發(fā)大功率、高效率、強側(cè)移適應(yīng)能力、低電磁輻射、成本適中的動態(tài)無線供電系統(tǒng)，成為國內(nèi)外各大研究機構(gòu)當前的主要研究熱點。

為了節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，電動汽車受到了世界各國的大力推廣。由于電池容量及充電基礎(chǔ)設(shè)施等條件的限制，充電問題成為電動汽車發(fā)展過程中而臨的最主要的瓶頸問題。由于無線充電技術(shù)可以解決傳統(tǒng)傳導式充電面臨的接口限制、安全問題等而逐漸發(fā)展成為電動汽車充電的主要方式。然而，靜態(tài)無線充電與有線充電同樣存在著充電頻繁、續(xù)航里程短、電池用量大且成本高昂等問題。特別是對于電動巴士一類的公交車輛，其連續(xù)續(xù)航能力格外重要。在這樣的背景下，電動汽車動態(tài)無線充電技術(shù)應(yīng)運而生，通過非接觸的方式為行駛中的電動汽車實時地提供能量供給。然而，隨著研究的深入，許多關(guān)鍵問題與瓶頸需要解決，例如高性能磁耦合機構(gòu)設(shè)計問題、電磁兼容問題、能量傳輸魯棒控制問題等，這些問題的解決對于動態(tài)無線供電技術(shù)的發(fā)展具有指導性作用。低碳經(jīng)濟核心是新能源技術(shù)與節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用，電動汽車能夠較好地解決機動車排放污染與能源短缺問題，是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。作為電動汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要前提和基礎(chǔ)，電動汽車充換電設(shè)施建設(shè)引起了各方廣泛關(guān)注。新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其純電動汽車的快速增長，必然會對電動汽車的充電方式多樣化和方便性提出更高的要求。無線充電技術(shù)作為一項新興技術(shù)，商業(yè)化運作主要應(yīng)用于手機、電腦、隨身聽等小功率設(shè)備的充電上，在電動汽車領(lǐng)域還是一個全新的概念 [1]。隨著無線充電技術(shù)的成熟，電動汽車將是無線充電設(shè)備最具潛力的市場。

“儲能熱管理研究院”的研究員撰寫并發(fā)布了這篇《無線充電技術(shù)的科普與方案》全套文章

在新能源汽車充電的方式中，最常聽到的就是快充、超充。這兩者都是直流充電樁，但不管是交流或直流，轉(zhuǎn)換的原理都是相同的。本文將對充電技術(shù)進行一些科普，并建立充電技術(shù)的概念。

充電技術(shù)科普

· PFC

PFC是改善「功率因子」的電路。簡言之，PFC的功能是輸出的穩(wěn)壓調(diào)壓，可以得到高穩(wěn)定的輸出電壓(輸出不隨輸入電壓波動而產(chǎn)生變化)。了解PFC前要先知道的交流電功率。

有功功率(P)，單位W;

無功功率(Q)，單位Var;

視在功率(S)，單位VA。

功率因子=角的cosθ，介于1到-1間

P/S=cosθ

通過調(diào)整交流電輸入電流波形，減少電壓與電流相位差，抑制諧波電流，使cosθ 接近1。

· LLC

LLC是種串并聯(lián)的諧振電路，有諧振電感Lr、勵磁電感Lm以及諧振電容Cr。

“諧振”，其實就是共振。

諧振電路利用電感(L)及電容(C)完成電路的共振，交流電路的阻抗非定值，隨頻率變化。

· 阻抗(Z)

阻抗是電路對電流抵抗的度量。在交流電路中分實部與虛部，實部為電阻，虛部為電抗(有功功率為實，無功功率為虛)。

· 電抗

電抗分為電容產(chǎn)生的容抗與電感產(chǎn)生的感抗，都隨電路的電流頻率而變化，但是電阻不會。

*容抗，容抗=1/2πfC，低頻時變大高頻時變小，直流電頻率為0，容抗無限大，因此電容通交阻直，電容的電壓不能突變。

*感抗，感抗=2πfL，與容抗相反，低頻時變小高頻時變大，直流電頻率為0，感抗為0，所以電感通直阻交，電感的電流不能突變。

容抗=感抗時無功功率為0，只考慮有功功率。利用電容跟電感的特性，通過控制開關(guān)頻率/調(diào)節(jié)的頻率，將DC調(diào)整成為目標波形來，以此實現(xiàn)電壓恒定。

▲ 用FHA繪制的設(shè)計LLC電路的DC特性曲線圖

零電壓切換(ZVS)，電壓切換時為 0

零電流切換(ZCS)，電流切換時為0

無線充電

無線充電方式有四種：

· 電磁感應(yīng)式，是最主要的無線充電方式，但因為傳輸距離太短(最多幾公分)所以不適用于新能源汽車;

· 磁場共振式，又稱磁耦合諧振式，符合距離、功率與轉(zhuǎn)換效率達到電動車無線充電標準，用諧振電路，;

· 電場耦合式，對電極形狀、材質(zhì)的限制較少，且電極可以薄型化，并且不像電磁感應(yīng)式要對位精準，位置較自由且發(fā)熱較少，但缺點跟電磁感應(yīng)式一樣，距離太短;

· 無線電波式，距離最遠，但轉(zhuǎn)換效率太低。

磁場共振式與充電樁用LLC不同，無線充電的諧振電路選擇有幾種：

Q1到Q4—四個原邊(發(fā)射側(cè))MOSFET;D1到D4 —副邊(接收側(cè))整流二極管，與充電樁的充電原理相同，但是諧振電路的選擇不同。

(一)諧振電路類型

1、S串行電路

電容與電感串聯(lián)：原邊，可直接與電壓源型逆變器連接，輸入阻抗較低、損耗小，易實現(xiàn)電壓反饋調(diào)節(jié);副邊，有類似恒壓源(輸出電壓穩(wěn)定)特性。

2、P并聯(lián)電路

電容與電感并聯(lián)：原邊，需要電流源供電，易受擾動，實際應(yīng)用少;副邊，有類似恒流源(輸出電流穩(wěn)定)特性。也因此，SS兩邊皆是串行電路，PP兩邊皆是并聯(lián)電路，SP原邊并聯(lián)副邊串聯(lián)，PS原邊串聯(lián)副邊并聯(lián)。

3、LCL能恒流源

輕負載時有很高的功率因子以及諧波/濾波的能力。

其它的諧振電路類型都是基于以上三種電路拓撲的擴展，對穩(wěn)定條件、輸入阻抗及系統(tǒng)傳輸，進行優(yōu)化。

(二)線圈耦合結(jié)構(gòu)

1、環(huán)形線圈

繞制方便、鐵損和導磁體、導線的損耗小，缺點是耦合較差。

2、8字形線圈

兩個環(huán)形繞圈反向串聯(lián)，產(chǎn)生相反磁場。與環(huán)形線圈相似，耦合系數(shù)與損耗介于環(huán)形和螺旋管線圈之間。

3、螺旋管線圈

典型的銅包鐵結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢在于磁力線集中、耦合系數(shù)高，缺點是鐵損、銅損高。

新能源車企的無線技術(shù)分享

蔚來

線圈耦合結(jié)構(gòu)的性能是影響磁場共振式電能傳輸?shù)闹匾蛩亍?

蔚來針對DDQ線圈的電路拓撲進行優(yōu)化，重點在于提高耦合系數(shù)，兩電感組件間實際互感量VS最大互感量之比的數(shù)值在1到-1之間。

*DDQ線圈

在DD線圈的基礎(chǔ)上，增加線圈Q和DD線圈正交，兩者所產(chǎn)生的磁場互不影響、分別輸出，輸出電壓通過兩個整流橋后并聯(lián)輸出。

DDQ線圈也為解決位置偏移，造成傳輸功率和效率降低的線圈形式。當位置發(fā)生偏移后，DD線圈的感應(yīng)電壓變小，反之Q線圈的感應(yīng)電壓變大，兩者疊加輸出夠能減少功率的降低。

因為DD線圈和Q線圈接收的磁通量不相同，很容易造成某支路輸出電流不均，甚至會有0輸出，導致電磁干擾特性變差、效率降低、常規(guī)的整流電路無法解決輸出電流不均的問題，而CN108400625A就是解決此問題的電路拓撲。

上汽智己

L7的IMAD系統(tǒng)可實現(xiàn)記憶泊車、代客泊車。利用車端環(huán)視攝像頭，透過視覺同步定位與地圖構(gòu)建(VSLAM)對特微點的提取，結(jié)合車輛的慣性測量單元(IMU)實現(xiàn)自車的定位。

并基于停車場或車位地圖，做出路徑規(guī)劃和運動控制，最后經(jīng)過多傳感器的數(shù)據(jù)融合，從而實現(xiàn)精準停車。

Momentum Dynamics

Momentum Dynamics 是一家將電動車無線充電走往大線圈尺寸的公司。圖中接收側(cè)的的四個方塊，每塊長寬均超過70公分，功率50kW，總為200kW。據(jù)Momentum Dynamics研究，發(fā)射側(cè)與接收側(cè)最佳距離大約為7英寸，充電效率會保持在 92-94%，接近普通直流樁的充電效率。

從專利來看，Momentum Dynamics 以平面螺旋結(jié)構(gòu)，以其特定方式進行連接，但是弊端在于體積與重量都較大。