基于无线充电技术的电动自行车智能充电系统的设计

肖柄辉

【摘要】电动自行车充电一直都是—件让人头疼的事，不规范的充电方式很容易造成安全隐患。随着国家的重视，社区里出现了传统电动车充电桩，部分缓解了电动车充电中存在的问题，但是传统的有桩充电模式占地面积大，土地利用效率低，可能会浪费许多不必要的土地资源。基于此，本文提出了一种基于当下流行的无线充电技术的智能充电系统，该系统具有土地利用效率高、占地面积小、易于管理等优势，同时能更好地解决电动车充电难，充电不安全等问题。

【关键词】无线充电;电动自行车;无桩充电;智能充电系统

引言

电动自行车作为当代绿色朝阳的交通方式，具有便携、灵活、环保等众多优点，在私家车越来越多的城市里，电动车凭借其轻巧的体型，穿梭于城市的大街小巷，为人们带来了不少便利，而随着电动车数量的不断增多，很多问题也暴露了出来。近些年因为电动车充电而导致的火灾逐渐增多，电动车充电成为城市发展中的一大问题，不规范的充电方式存在着巨大的安全隐患，于是为了减少该类情况的发生，不少社区为电动车主安装了电动车充电桩，一定程度上缓解了火灾等情况的发生。随着传统充电桩的不断普及，发生在传统充电桩上的问题便暴露无遗，一个传统充电桩一般只能提供一到两个充电口，但却要占据不小的一片地，于是在社区内常常需要大量的充电桩才能够基本满足用户的需求，但是很多社区并不具备这样的条件，常常因为没有更好的方式来满足用户需求而引起不少用户的怨言。那么，对于传统充电桩的这些问题我们该如何解决呢？本文在此就提出了一个土地利用效率更高，充电更加安全的新型充电方式来解决传统方式所出现的问题。

本文介绍了电动车智能充电系统的总体设计，通过该系统可以实现土地的高效利用，以及更加安全便捷的充电管理，从而更好地缓解充电难、占地面积大、充电不安全等问题，本系统以无线充电为核心，实现了电动车充电的高效化与智能化。

一、无线充电技术

当下流行的无线充电方式主要有两大类型，一是小功率无线充电，二是大功率无线充电，这两大类型之下有三种主流充电方式，一是小功率的电磁感应式，大多用于手机的无线充电，但在一些情况下也可以用于汽车的无线充电;二是磁场共振式（谐振式），这是一种大功率充电方式，常被用于汽车的无线充电上;还有一种是早期发展较为成熟的无线电波式，这种方式类似于早期的矿山收音机，这种方式简单且发展较为成熟，不过具有易损耗等缺点。

主流的无线充电技术标准主要有以下五种：Qi标准、PowerMattersAlliance（PMA）标准、AllianceforWkelesspower（A4WP）标准、iNPOFi技术、Wi-Po技术。其中Qi标准是全球最早推出的无线充电标准，主要方向是市场上大部分支持无线充电的移动设备。Power Matters Alliance（PMA）标准是由Duracell Powermat公司推出，相比而言拥有比较好的综合实力，曾推出过WiCC充电卡，这是一种将无线充电普及到传统移动设备上的尝试，只需要将充电卡放在电池旁充电设备即可进行无线充电，使得很多传统移动设备轻松支持无线充电这种新型方式。A4WP标准是由美国高通、韩国三星以及Duracell Powermat公司联合推出的，主要用于无线充电在移动设备和电动汽车上的使用。而iNPOFi技术与Wi-Po技术这两种技术则是本设计主要使用的两种技术标准，这两种技术是當下推出的，有着新型技术低辐射、高转化率等共同优点，这是传统方式难以超过的，iNPOFi技术的核心设计十分小巧，在无线充电领域实现了超微化的目的，而且充电效率也是达到了惊人94.7%，同时充电设备也可以实现低压供电，并同时兼容USB充电和低温充电两种充电方式，有效保障设备的寿命和使用安全。而Wi-Po技术虽然不如iNPOFi技术小巧，但却拥有更远的发射距离和更加智能化的管理方案，使用Wi-Po技术的设备可以通过蓝牙4.0对设备进行实时通讯控制，同时具有高温高压的设备保护机制，可以安全地用于智能家居、移动设备、电动汽车等各种情景上。

无线充电技术与传统的有线充电方式相比而言具有许多优势：第一，安全上的优势。无线充电不存在因线路老化而出现的火灾等隐患，同时低辐射值和高传递效率也保障了无线充电的安全便捷，即使在恶劣天气环境下，无线充电系统也会更加安全可靠。第二，土地利用效率高。相比于传统充电桩，在相同大小的土地之上，无线充电可以为更多的电动车提供充电，并且方式简单易学，只需将电动车停放在相应区域，打开相应设备即可进行充电。第三，占地面积小。只需要在地面设置一台充电设备，即可得到一片不小的充电范围。第四，线路隐形。无线充电做到了将充电设备隐形的目的，有效防止触电等安全隐患的发生。

二、无线充电原理简述

当下主流的无线充电方式一共有三种：磁场共振式、电磁感应式和无线电波式。在这里我们暂且不说无线电波式，因为无线电波式类似于早期的矿山收音机，主要装置有微波发射装置和接收装置，接收装置通过捕捉无线电波能量从而达到无线充电的效果，但因为其只适合用于低电压产品，故不使用无线电波式这种充电方式。

电磁感应式是一种比较传统的充电方式，这种方式利用了“电流磁效应”和“电磁感应”原理，这种方式在充电时都会配有一个充电座，充电座的主要装置是在其内部的线圈，通入交流电时会在其周围产生一个磁场，同时在充电设备上也存在一个线圈，通过电磁感应原理从而产生感应电流，一般传输效率会有40%～60%，但其传输距离只有5公分左右，这是传统方式所具有的弊端，但并不影响其进行正常商业化。

磁场共振式也称之为谐振式，是通过将两个具有同样振动频率的谐振电路放在一起，当一方通入电流而开始振动的同时带动另一方振动，从而使电流进行传播。这样的方式同时也提升了无线充电的传输效率和传输距离，但是这种方式也存在一定的困难，在振动频率上并不是特别容易达到一致。

三、系统整体设计结构

本系统主要由四个部分组成，即供电装置、无线充电装置、电动车电源接收装置、主机端用户端监测装置。供电装置即将从电网中传输来的电能进行转化，转化成可供设备使用的能量，并通过传输装置传输到地下无线充电装置内，其内部设置过压过流过载保护装置，保护设备在极端情况下的使用安全;无线充电装置是本系统的核心装置，是基于磁场共振式的一套装置，核心部件排布于地下，向电动车持续提供电源，并在设置监测装置，实时监测设备的运行情况，对出现异常的组件及时向主机端发出提示，同时对充电完成的设备自行切断电源，有效缓解电动车因过载而产生的危险。监测装置设计24小时工作，同时向用户端和主机端发送实时信息，以便查看充电过程;电动车电源接收装置，即接受充电装置传输能量的设备，该设备与电池直接连接。

主机端以及用户端是接受智能充电系统实时信息的一个原件，主机一般安放在设备运营商区域控制室中，用于24小时检测辖区内设备端状态并处理由设备发来的异常信息，通过主机收集各个系统的监测数据，系统将异常信息呈献给工作人员，由工作人员对信息进行处理，再进一步选择预备方案进行处理，同时主机端可以通过远程通信对设备进行重启关机以及各个节点输入输出电流进行控制等操作，可以确保在异常情况下对系统的紧急处理。用户端安装在用户的移动设备中，用户可以通过用户端软件进行充电信息查询、远程结束充电、充电缴费等功能。

四、对于传统电动车的解决方案

本系统所使用的无线充电方式，市面上的电动车基本没有本系统所需要搭载的无线充电接收装置，由此，将对传统电动车设计一种便携式充电器，以解决传统电动车的充电问题。

第一种方案是一种类似于上文所说的充电卡模式，将对用户发售一种充电卡，以便解决传统电动车的充电问题，优点是方便、小巧。

第二种方案是在电动车外部加装，与电动车的充电接口相连接，通过充电器对电动车进行充电，优点是成本低，可利用当下成熟技术进行制造。