電動(dòng)汽車高效率無(wú)線充電技術(shù)的探究

孫建

摘要：電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)屬于一種全新的能源供給技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)充分符合了推行電動(dòng)汽車所倡導(dǎo)的節(jié)能、環(huán)保及發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的需求，成為往后電動(dòng)汽車供電技術(shù)的主要發(fā)展方向。文章專門介紹了多種無(wú)線供電技術(shù)的類型，通過(guò)相互對(duì)比得出電磁感應(yīng)無(wú)線供電和電磁共振無(wú)線供電兩者供電效率都比較高，非常適合用在電動(dòng)汽車充電當(dāng)中。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；高效率；無(wú)線充電技術(shù)

1 引言

電動(dòng)汽車的推出和發(fā)展，演變成為全球公認(rèn)的，能夠有效緩解能源緊張問(wèn)題、環(huán)境污染問(wèn)題的有效手段，因而其對(duì)我國(guó)的發(fā)展而言意義重大。這主要是由于我國(guó)在能源的進(jìn)口上逐年增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了國(guó)際警戒線的標(biāo)準(zhǔn)，其中我國(guó)能源總消耗當(dāng)中有三分之一是車用燃油消耗。所以，推廣和開發(fā)出相應(yīng)的代用燃料以及電動(dòng)汽車的研發(fā)和推廣，都直接成為降低我國(guó)燃料消耗的有效手段，能夠有效的環(huán)節(jié)我國(guó)能源緊張和環(huán)境污染的問(wèn)題，真正符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。文章具體從無(wú)線充電技術(shù)的詳細(xì)類型人手，深入分析了無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)用在電動(dòng)汽車中的具體原理，并為此提出了相應(yīng)的完善建議，期望能夠由此促使該項(xiàng)技術(shù)獲得更加產(chǎn)業(yè)化及實(shí)用化的發(fā)展。

2 無(wú)線充電技術(shù)概述

2.1 強(qiáng)耦合電磁共振無(wú)線充電技術(shù)

該項(xiàng)無(wú)線充電技術(shù)于2006年提出，其主要是將電磁諧振原理作為主要理論基礎(chǔ)，并且經(jīng)過(guò)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)后，改研究團(tuán)隊(duì)成功的點(diǎn)亮了兩米之外的點(diǎn)燈炮，由此證明該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的完美成功，成為無(wú)線充電技術(shù)研究領(lǐng)域當(dāng)中的技術(shù)性飛躍。其具體原理主要建立在電磁諧振理論的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)現(xiàn)，直接在發(fā)送端和接收端配置相同的諧振頻率的諧振線圈，一旦兩者處于適當(dāng)?shù)木嚯x時(shí)，即可給發(fā)送端輸送諧振線圈諧振頻率相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和能量等，兩者很容易產(chǎn)生共振反應(yīng)，能量也可由此源源不斷的直接從發(fā)射線圈傳輸?shù)较鄳?yīng)的接收線圈當(dāng)中，并且通過(guò)這種形式其電能也可在兩種設(shè)備之間實(shí)施有效的無(wú)線傳輸模式。并且這種無(wú)線充電技術(shù)模式和其他充電模式相比，存在著較為明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）電磁共振無(wú)線充電技術(shù)主要是采用共振的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的傳輸，一般其在能量的損耗上相對(duì)較小，具有較大的傳輸距離。（2）能量的傳遞通常發(fā)生在電磁共振系統(tǒng)當(dāng)中，一般都很難直接影響到其共振系統(tǒng)之外的其他物體，所以完全不用擔(dān)心其異物是否會(huì)直接進(jìn)入到氣隙當(dāng)中，最終由此引發(fā)一系列的問(wèn)題。（3）并不要求其發(fā)射線圈和接收線圈兩者間是否存在相對(duì)應(yīng)的位置聯(lián)系，通?？稍试S其在一個(gè)較為合理的范圍當(dāng)中，并在此范圍當(dāng)中保持好相應(yīng)的傳輸效率。

2.2 電磁感應(yīng)無(wú)線充電技術(shù)

該充電技術(shù)主要是以磁場(chǎng)為充電媒介，具體利用松耦合變壓器的原理，很容易在其原邊范圍直接產(chǎn)生相應(yīng)的高頻變換磁場(chǎng)，而在此副邊線圈則容易產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流，從而直接由此為其帶來(lái)巨大的負(fù)載供電。因?yàn)殡姶艌?chǎng)本身可以直接穿透所有非金屬類的物體，并且相應(yīng)的電能也可直接隔著多種不同的金屬材料來(lái)實(shí)現(xiàn)真正傳輸效果，由此將能量直接由傳輸端傳遞至相應(yīng)的接收端，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)線電器連接的有效電能傳輸。電磁感應(yīng)式無(wú)線充電技術(shù)的原理主要是其電源側(cè)發(fā)射端電源在電網(wǎng)獲取到電能之后，可直接經(jīng)過(guò)整流濾波來(lái)獲取到直流電，然后直接由此進(jìn)入到相應(yīng)的逆變器當(dāng)中實(shí)施高頻逆變反應(yīng)，所產(chǎn)生的高頻交變電流在反饋控制信號(hào)的作用之下，可直接通過(guò)補(bǔ)償電路的作用流入到一次側(cè)繞組在空氣的氣隙當(dāng)中，由此產(chǎn)生高頻交變磁通。電磁感應(yīng)無(wú)線充電屬于目前使用較多的技術(shù)類型，如今大量電動(dòng)汽車實(shí)例證明其有效性，意義極其深遠(yuǎn)。

2.3 無(wú)線電波式無(wú)線充電技術(shù)

該項(xiàng)充電技術(shù)主要是以無(wú)線電波為主要原理，也被成為微波，這種微波的頻率一般在300MHz至300GHz之間。通過(guò)將微波作為主要傳遞載體，實(shí)現(xiàn)其在自由空間當(dāng)中的能量傳輸形式。無(wú)線電波傳輸都具備一定的定向以及可穿透的特性，因此在傳輸?shù)木嚯x可以延伸到比較遠(yuǎn)的位置。其從電網(wǎng)直接獲取到電能之后，可直接經(jīng)過(guò)整流電路來(lái)將交流直接轉(zhuǎn)化為直流電，然后可經(jīng)高頻逆變以及調(diào)制電路來(lái)轉(zhuǎn)為微波的形式。通過(guò)天線將其發(fā)射和接收，透過(guò)解調(diào)電路直接將微波轉(zhuǎn)換為電能，最終由整流電路和功率調(diào)節(jié)的形式將其變換為所需的電流為電池充電。這項(xiàng)充電技術(shù)如今也被有效的運(yùn)用在實(shí)際當(dāng)中，因?yàn)槲⒉ū旧硎且环N全向輻射的形式，因此其在系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行發(fā)射的頻率相對(duì)較高，相應(yīng)的損耗也明顯較大，所以并對(duì)于電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)而言，并不是最適合的充電技術(shù)類型。

3 電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)結(jié)構(gòu)及熱點(diǎn)研究

3.1 電力電子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分析

電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的目標(biāo)主要是將電網(wǎng)當(dāng)中的電能直接傳輸至車載蓄電池當(dāng)中，所以其電源端其實(shí)和電網(wǎng)之間處于相連的狀態(tài)。且其負(fù)載端和車載蓄電池之間也處于一種相接的狀態(tài)。具體的傳輸過(guò)程主要包含了無(wú)線傳輸和有線傳輸兩種形式。其中有線傳輸主要指電網(wǎng)當(dāng)中交流電直接通過(guò)電磁干擾濾波器來(lái)去除其中的雜波，然后進(jìn)入整流器當(dāng)中直接轉(zhuǎn)換為直流的形式。不過(guò)，其功率因數(shù)校正單元可直接提升功率因數(shù)，有線的改善電能質(zhì)量，而相應(yīng)的功放電路則可以有效的將相應(yīng)直流電直接轉(zhuǎn)換為高頻交流電的形式，然后通過(guò)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)和勵(lì)磁線圈兩者所形成的諧振電路當(dāng)中直接形成正弦交流電。而在接受端，其負(fù)載線圈當(dāng)中所感應(yīng)到的交流電流可直接通過(guò)濾波和整流的形式直接流入到相應(yīng)的蓄電池當(dāng)中，從而真正實(shí)現(xiàn)蓄電池的充電效果。

通常在電能的無(wú)線傳輸環(huán)節(jié)當(dāng)中，可直接通過(guò)感應(yīng)耦合的形式，將勵(lì)磁線圈所產(chǎn)生的高頻交變磁場(chǎng)通過(guò)其相近的發(fā)射線圈直接感應(yīng)出相應(yīng)的交流電流。而接受線圈可在距離其最近的負(fù)載線圈當(dāng)中感應(yīng)出相應(yīng)的交流電流，其在各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中的交流電流頻率均相同。不過(guò)，需要注意的是，電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)當(dāng)中的電力電子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)的有線充電樁主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)極其相似.其具體的區(qū)別在于有線充電傳輸當(dāng)中的線圈結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱俗儔浩鞯慕Y(jié)構(gòu)形式，使得發(fā)射端的電路和接收端的電路通過(guò)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的物理連接，最后經(jīng)過(guò)整流濾波來(lái)將其接入到電動(dòng)汽車的充電插口當(dāng)中。

3.2 磁耦合元件結(jié)構(gòu)分析

磁耦合元件在電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)當(dāng)中能夠真正實(shí)現(xiàn)電能和場(chǎng)能兩者的相互轉(zhuǎn)化，一般都是由高電導(dǎo)率和高磁導(dǎo)率兩者的部件所構(gòu)成。其中高電導(dǎo)率部件本身屬于電能的導(dǎo)體，具體包含了高頻下的趨膚效應(yīng)及鄰近效應(yīng)，一般都是采取銅管和勵(lì)磁線繞制而成。而高磁導(dǎo)率部件則是場(chǎng)能的承載體，其屬于構(gòu)成磁路的重要部分，能夠極大的提升其發(fā)射端和接收端的耦合系數(shù)，從而有效的降低磁場(chǎng)在汽車金屬部件當(dāng)中所引起的電渦流損耗，最終增強(qiáng)其系統(tǒng)的功率密度。一般都是采用鐵氧體材料制成。此外，磁耦合元件發(fā)射端一般都是固定的類型，而其接收端則可將其劃分為移動(dòng)式和固定式兩種不同的類型，具體表現(xiàn)為：

（1）固定式磁耦合元件，這種固定式的結(jié)構(gòu)通常直接包含了兩種類型，一是平板式。二是圓柱式類型。一般平板式類型在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用范圍較為廣泛。（2）移動(dòng)式耦合元件，這種移動(dòng)式的耦合元件，通常其發(fā)射端都是一條固定在路基的通電長(zhǎng)直軌道，主要由多個(gè)沿道路串行布置的磁耦合元件構(gòu)成，而其接收端則主要安裝在汽車底部位置的平板式耦合器上。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電動(dòng)車無(wú)線充電技術(shù)和有線充電技術(shù)相比，明確更加的方便、安全及可靠，最主要是不存在機(jī)械損耗，在后期的維護(hù)上更加的方便安全。因此電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)往后的發(fā)展空間非常廣闊，成為該領(lǐng)域的主要研究方向。