新能源汽车的非接触式远程无线充电系统

刘瀚杰 刘倩 尚徐碧玥

摘要：非接触式电源是一种以电非接触的方式从功率传送装置向受电装置提供电力的供电系统，其中，电力传输元件与电力传送装置相连，而受电元件则与电力接收器相连。电源传输组件具有多个用于传输功率的传送侧线圈和用于打开/关闭传送侧线圈的多个传送侧开关。功率接收组件具有用于接收功率的多个接收侧线圈、用于打开/关闭接收侧线圈的多个接收侧开关以及用于执行控制以操作组合中的任何一个输送侧线圈和任何一个接收侧线圈以实现最高的功率传输效率。

关键词：非接触供电;功率放大器;送输功率;电路设计

中图分类号：U469.7   文献标识码：A   文章编号：1672-9129（2020）16-0053-01

随着世界上能源的短缺以及环境污染问题越来越严重，人们开始研究新的能源来为自己使用，所以电动汽车作为现代的新能源的汽车已经受到了人们的广泛关注。但是目前仍然有许多的问题，如电池容量的限制，行驶的路程较短，充电的设施也没有完善。而如果我们使用传统的充电方式，则显得麻烦，所以为了解决这些弊端，新能源汽车的非接触远程无线充电系统开始应用于电动汽车上。

目前无线充电技术已经应用于许多技术上面，而无线充电技术给电动汽车充电可以省去许多不必要的麻烦和隐患。也能满足在各个环境下的充电，成功了弥补了电动汽车行驶路程短的缺点。

1 磁耦合谐振式无线能量传输系统

1.1能量传输系统的构成。供电端和负荷端构成能量传输系统。电源端由绕线和电容并联组成，电源向线圈提供电能。经过一定距离后，接收端还包括绕线、电容并联线圈和负载，负载会在一定程度上消耗线圈的电磁能量。

1.2耦合谐振系统。绕线线圈可用作谐振体，由电感和电容组成。在电场和磁场中，谐振体所拥有的能量将以共振频率在空间中随机振荡，产生时变磁场。以线圈为核心，以空气为传输介质，当同一谐振频率同时产生时，谐振体与谐振体相距一定距离后会产生磁场，可感测的磁场在电场和磁场之间以一种自共振频率自由振动。同时，两个谐振器之间的磁场交换将产生，在以线圈为核心，空气为传输介质的周围产生时变磁场。两个谐振器所包含的电场能量和磁场能量可以在同一频率进行能量交换。因此，两个谐振器共同构成一个耦合谐振系统。

1.3能量传输过程及其遵循的准则。通过正弦电流和线圈电感，源线圈将产生一个时变磁场。同时，电容器将被充电。此时，接收线圈将感应磁场并产生电动势给电容器充电。假设线圈的谐振频率与正弦电流的谐振频率相同，则源线圈的电流方向会发生变化，然后交变磁场的方向也会发生变化。线圈将产生电动势，接收线圈的电容将放电。正弦电流的方向会周期性地改变。当接收线圈的電流被放大后，相应接收线圈的电磁场也可以被放大。假设系统中没有负载来耗散能量，则接收线圈和源线圈两端的能量来回交替产生最大值。

2 非接触供电系统

2.1高频振荡电路设计方案。振荡电路作为交变电路的一种交变电流，其显著特点就是频率极其高，不能利用线圈在磁场中产生电流，仅仅只能通过振荡电路产生电流。

振荡电路有以下两个过程：

充电过程：随着电磁能的不断增加，磁场能的不断减少，系统回路中电流不断在减小，电容器中的电量就在不断增加，站在能量的角度看，磁场能不断向电场能变换。

放电过程：随着电场能不断减少，磁场能的不断增加，系统回路中的电流也在不断增加，电容器中的电量就在不断的减少，站在能量的角度看：电场能不断向磁场变换。

其中，正弦波振荡器由LC振荡电路、石英晶体振荡电路、以及RC振荡电路三部分组成。因为RC振荡电路其工作频率很低，电路稳定度太低，因此，将其排除。另外的方案：选择有源的晶振。将有源晶振连接一个电源就会生成稳定载波，频率规则，起伏小。其优势就是具有简单的电路，稳定的频率;其缺点就是不能满足任意频率的载波。

2.2功率放大器设计。利用三极管的电流控制功能或场效应晶体管的电压控制功能，将电源的功率转换为随输入信号变化的电流。由于声音属于不同振幅和频率的波，所以它就是交流信号电流。三极管的集电极电流为基极电流的β倍，三极管的交流放大系数用β表示。基于此，如果基极输入一个小信号，那么集电极电流值的1/β就是基极电流值。然后用直流电容器隔离信号，电流值或电压值为原值的β倍，这就是三极管放大的原理。通过不断地放大电流，它的功率就被放大了。

2.3功率放大器原理。使用高频功率放大器作为发射级的末端，其主要功能是对高频调制信号的功率进行连续放大，以满足发射功率的要求，然后通过天线将其辐射到太空中，从而保证接收级在一定区域内接收到满意的信号电平，并且不会干扰相邻信道之间的通信。高频功率放大器是通信系统传输设备中的重要器件。高频功率放大器的指标包括输出功率、效率、功率、功率增益率、带宽和信号失真度。上述指标相互矛盾。因此，在放大器设计方面，首先要突出一些指标，其他指标也要包括在内。但是在实际电路中，电路主要矛盾是禁止干扰，也要求高度的谐波抑制性，并且适度的降低谐波带宽的要求。一个重要的问题就是功率放大器的效率问题，放大器的工作状态直接影响着效率的高低。将放大器的工作状态分为三种类型，甲类、乙类、丙类;一般情况下，将放大器的工作状态调整到乙类和丙类，或者是将晶体管工作延展到非线性区域，以此提高放大器的运作效率。

参考文献：

[1]温超. 新能源汽车磁耦合共振式无线充电系统研究[D].

[2]邹斌. 一种基于ERPT技术采用无线充电的新能源汽车