电动汽车充电技术及应用研究

2019-11-02谢倩媛

通信电源技术 2019年10期

关键词：传输技术线圈电能

谢倩媛，徐倩

（山东爱普电气设备有限公司，山东济南 250101）

0 引言

现阶段，我国正发展低碳经济，新能源技术和节能减排技术是重中之重。因此，本文重点研究了电动汽车无线充电技术。

1 电动汽车无线充电技术

1.1 感应式充电技术

目前，众多电动汽车充电技术中，感应式无线充电设计得到了广泛的应用。感应式无线供电技术具有很多特点，如工作频率低，通常在几十到几百赫兹之间，千瓦级功率的无线传输可以更好地实现，实际进行近距离传输时，输出功率可以达到95%以上。

1.2 谐振式无线充电技术

系统主要吸收的是电网中的电力能源，通过高频逆变和整流滤波，工频交流电可以产生高频交流电，然后通过功率放大电路和阻抗匹配电路，将其传送到发射线圈，当出现了相同的发射线圈系统频率和自谐振频率时，发射线圈会产生十分大的电流能源，进而使磁场的电流不断增强。可以利用整流滤波和接收线圈中存在的电能对负载电池进行充电。同时，为更好地保证整个系统的稳定性和高效性，可以使用反馈控制环节。

2 电动汽车无线充电技术的特点

2.1 远场区

远场区是距离场源2D2/l+l以外的区域，其中D为发射圈最大的直径，1为电磁波波长。辐射场在远场区起主导作用，电磁波可以看做是平面波，实际工作频率要高于300 MHz，可以使用Maxwell方程分析这种类型的系统，但由于波长和天线的实际尺寸几乎相同，所以整个工作工程不能使用集总参数方式进行分析。由于具有不相同的原理，所以微波式无线电能传输技术能够实现远距离传输。但是由于辐射功率与传输的距离为反比，并且远场区大功率的传输受法律规定的制约，所以这项技术只能被使用到小型的设备中。激光式无线电能的传输技术可以进行长距离电力传输，同时其尺寸较小，受周围环境电磁的干扰也较小，但其转化率还需提高，且大气散射和吸收会出现额外的损耗。

2.2 近场区

距离场源2D2/l+l以内的区域，称作近场区，整个区域主要包含感应近场区和辐射近场区，其分界边界。10～100 MHz为近场区的工作频率范围，此系统可以通过法拉第电磁感应定律进行分析。因为接收设备和发射设备的尺寸一般都小于1/10，所以更加适合集总参数法。近场无线电力传输技术根据耦合方式存在的差异主要分为电场耦合式和磁场耦合式两种类型。根据是否会产生谐振，还可以将磁场耦合式分为磁谐振耦合式和感应耦合式两种类型，现阶段，近场电能传输技术被广泛应用于汽车无线充电系统。各类无线电能传输技术性能对比如表1所示。

3 无线充电技术在电动汽车中的应用

3.1 无线充电技术工作原理

电网中，获取电能后，电源侧发射端电源经过整流滤波可以获得直流电，通过逆变器进行高频逆变，进而实现车载电池的电能供给。针对无线电能供给系统，其本质和变压器的疏松耦合系统相近，一次侧和二次侧的电能传输可以通过电磁感应来实现，由于耦合系数得到降低，所以一次侧输入电源的频率可以进行补偿工作。[1]。

表1 各类无线电能传输技术性能对比

3.2 电动汽车无线充电技术应用情况

获取电能的过程中，电源侧发射端可以通过电网进行工作，高频振荡电流可以通过振荡器发电，非辐射磁场就会形成于发射线圈，在此情况下电能会逐渐转换成磁场。当电动汽车接收线圈中所固有的频率已经和获得的电磁波频率相近时，整个电路中形成了较强的振荡，促使电能的转换得以有效完成，ERPT系统中，接收线圈和发射线圈都具有自振系统，按照共振所具有的特性，从发射端对接收端的共振进行激发，让电力能力在传输时无需消耗太多[2-3]。表2为功放电路结构优缺点。

由表2可知，全桥逆变电路[12-13，27-32]具有电路结构较为简单，容易控制等优点，主要缺点为成本较高。E型功放电路[33-35]具有成本低的优点，缺点为传输功率较小。

表2 功放电路结构优缺点

4 电动汽车无线充电技术发展探究

4.1 静态充电技术

电动汽车充电的过程中，静态充电技术主要是让其处于静止状态，需将控制线圈的位置进行严格地控制，并在此基础上实现一对一的充电。电动汽车在实际充电过程中，静态充电技术能够有效提高电能的传输效率。然而，由于接收端与发射端之间的距离存在一定的差异，导致充电的效率降低，并且感应充电线圈会影响充电的效率。因此，实际使用过程中，应该采取一定的措施控制充电线圈的空间环境，合理地设置线圈的位置，避免对无线充电造成影响。现阶段，充电线圈的布置方式、充电线圈形状的设计以及异物检测技术是研究的的重点。

4.2 动态充电技术

电动汽车在行驶的过程中如果实施充电，可以使用Charging on the go来实现。这种技术也可以称为动态无线充电技术。这种技术主要是根据无线充电技术发展而来，并将无线通信技术、实时控制技术以及定位传感技术有效地结合应用。为有效实现移动充电，可以将电能发射装置铺设在马路下，不需要停车，车体上的接收装置就可获得电能[4-5]。