电动汽车高效率无线充电技术的探究

电动汽车高效率无线充电技术的探究作者：孙建来源：时代汽车2016年第03期摘要：电动汽车无线充电技术属于一种全新的能源供给技术，这项技术充分符合了推行电动汽车所倡导的节能、环保及发展低碳经济的需求，成为往后电动汽车供电技术的主要发展方向。文章专门介绍了多种无线供电技术的类型，通过相互对比得出电磁感应无线供电和电磁共振无线供电两者供电效率都比较高，非常适合用在电动汽车充电当中。关键词：电动汽车；高效率；无线充电技术1 引言电动汽车的推出和发展，演变成为全球公认的，能够有效缓解能源紧张问题、环境污染问题的有效手段，因而其对我国的发展而言意义重大。这主要是由于我国在能源的进口上逐年增加，远远超过了国际警戒线的标准，其中我国能源总消耗当中有三分之一是车用燃油消耗。所以，推广和开发出相应的代用燃料以及电动汽车的研发和推广，都直接成为降低我国燃料消耗的有效手段，能够有效的环节我国能源紧张和环境污染的问题，真正符合国家可持续发展的战略要求。文章具体从无线充电技术的详细类型人手，深入分析了无线充电技术应用在电动汽车中的具体原理，并为此提出了相应的完善建议，期望能够由此促使该项技术获得更加产业化及实用化的发展。2 无线充电技术概述2.1 强耦合电磁共振无线充电技术该项无线充电技术于2006年提出，其主要是将电磁谐振原理作为主要理论基础，并且经过相应实验后，改研究团队成功的点亮了两米之外的点灯炮，由此证明该项实验的完美成功，成为无线充电技术研究领域当中的技术性飞跃。其具体原理主要建立在电磁谐振理论的基础上来实现，直接在发送端和接收端配置相同的谐振频率的谐振线圈，一旦两者处于适当的距离时，即可给发送端输送谐振线圈谐振频率相同的驱动信号和能量等，两者很容易产生共振反应，能量也可由此源源不断的直接从发射线圈传输到相应的接收线圈当中，并且通过这种形式其电能也可在两种设备之间实施有效的无线传输模式。并且这种无线充电技术模式和其他充电模式相比，存在着较为明显的优势，具体表现在以下几个方面：（1）电磁共振无线充电技术主要是采用共振的特性来实现能量的传输，一般其在能量的损耗上相对较小，具有较大的传输距离。（2）能量的传递通常发生在电磁共振系统当中，一般都很难直接影响到其共振系统之外的其他物体，所以完全不用担心其异物是否会直接进入到气隙当中，最终由此引发一系列的问题。（3）并不要求其发射线圈和接收线圈两者间是否存在相对应的位置联系，通常可允许其在一个较为合理的范围当中，并在此范围当中保持好相应的传输效率。2.2 电磁感应无线充电技术该充电技术主要是以磁场为充电媒介，具体利用松耦合变压器的原理，很容易在其原边范围直接产生相应的高频变换磁场，而在此副边线圈则容易产生相应的感应电流，从而直接由此为其带来巨大的负载供电。因为电磁场本身可以直接穿透所有非金属类的物体，并且相应的电能也可直接隔着多种不同的金属材料来实现真正传输效果，由此将能量直接由传输端传递至相应的接收端，最终实现无线电器连接的有效电能传输。电磁感应式无线充电技术的原理主要是其电源侧发射端电源在电网获取到电能之后，可直接经过整流滤波来获取到直流电，然后直接由此进入到相应的逆变器当中实施高频逆变反应，所产生的高频交变电流在反馈控制信号的作用之下，可直接通过补偿电路的作用流入到一次侧绕组在空气的气隙当中，由此产生高频交变磁通。电磁感应无线充电属于目前使用较多的技术类型，如今大量电动汽车实例证明其有效性，意义极其深远。2.3 无线电波式无线充电技术该项充电技术主要是以无线电波为主要原理，也被成为微波，这种微波的频率一般在300MHz至300GHz之间。通过将微波作为主要传递载体，实现其在自由空间当中的能量传输形式。无线电波传输都具备一定的定向以及可穿透的特性，因此在传输的距离可以延伸到比较远的位置。其从电网直接获取到电能之后，可直接经过整流电路来将交流直接转化为直流电，然后可经高频逆变以及调制电路来转为微波的形式。通过天线将其发射和接收，透过解调电路直接将微波转换为电能，最终由整流电路和功率调节的形式将其变换为所需的电流为电池充电。这项充电技术如今也被有效的运用在实际当中，因为微波本身是一种全向辐射的形式，因此其在系统当中进行发射的频率相对较高，相应的损耗也明显较大，所以并对于电动汽车无线充电系统而言，并不是最适合的充电技术类型。3 电动汽车无线充电技术结构及热点研究3.1 电力电子拓扑结构及特点分析电动汽车无线充电系统的目标主要是将电网当中的电能直接传输至车载蓄电池当中，所以其电源端其实和电网之间处于相连的状态。且其负载端和车载蓄电池之间也处于一种相接的状态。具体的传输过程主要包含了无线传输和有线传输两种形式。其中有线传输主要指电网当中交流电直接通过电磁干扰滤波器来去除其中的杂波，然后进入整流器当中直接转换为直流的形式。不过，其功率因数校正单元可直接提升功率因数，有线的改善电能质量，而相应的功放电路则可以有效的将相应直流电直接转换为高频交流电的形式，然后通过调谐网络和励磁线圈两者所形成的谐振电路当中直接形成正弦交流电。而在接受端，其负载线圈当中所感应到的交流电流可直接通过滤波和整流的形式直接流入到相应的蓄电池当中，从而真正实现蓄电池的充电效果。通常在电能的无线传输环节当中，可直接通过感应耦合的形式，将励磁线圈所产生的高频交变磁场通过其相近的发射线圈直接感应出相应的交流电流。而接受线圈可在距离其最近的负载线圈当中感应出相应的交流电流，其在各个环节当中的交流电流频率均相同。不过，需要注意的是，电动汽车无线充电系统当中的电力电子拓扑结构和相应的有线充电桩主电路拓扑结构极其相似.其具体的区别在于有线充电传输当中的线圈结构直接转变为了变压器的结构形式，使得发射端的电路和接收端的电路通过变压器来实现相应的物理连接，最后经过整流滤波来将其接入到电动汽车的充电插口当中。3.2 磁耦合元件结构分析磁耦合元件在电动汽车无线充电系统当中能够真正实现电能和场能两者的相互转化，一般都是由高电导率和高磁导率两者的部件所构成。其中高电导率部件本身属于电能的导体，具体包含了高频下的趋肤效应及邻近效应，一般都是采取铜管和励磁线绕制而成。而高磁导率部件则是场能的承载体，其属于构成磁路的重要部分，能够极大的提升其发射端和接收端的耦合系数，从而有效的降低磁场在汽车金属部件当中所引起的电涡流损耗，最终增强其系统的功率密度。一般都是采用铁氧体材料制成。此外，磁耦合元件发射端一般都是固定的类型，而其接收端则可将其划分为移动式和固定式两种不同的类型，具体表现为：（1）固定式磁耦合元件，这种固定式的结构通常直接包含了两种类型，一是平板式。二是圆柱式类型。一般平板式类型在实际当中的应用范围较为广泛。（2）移动式耦合元件，这种移动式的耦合元件，通常其发射端都是一条固定在路基的通电长直轨道，主要由多