关于电动汽车高效率无线充电技术的研究

关于电动汽车高效率无线充电技术的研究

孟繁祥

上海大学  201104

摘要:电动汽车采取电能作为主要的能源供应方式可以有效地减少对石油资源的消耗,减少生态环境污染等问题,保护生态环境。传统的电动汽车无线充电技术面临着续航里程较短、使用麻烦等一系列问题,目前大多通过电缆线和充电桩或直接换电池等方法充电,从而导致插头在长期应用中产生损坏,在雨天充电甚至会引发安全故障。本文将对电动汽车无线充电技术展开了深入研究,针对现有无线充电技术理论、原理进行分析,并提出高效率无线充电技术方案,以非接触的方式,在汽车行驶中实时提供能量,确保电动车的整体续航时间得到全面延长,满足车辆行驶的实际需要。

Abstract: Electric vehicles take electric energy as the main energy supply mode, which can effectively reduce the consumption of oil resources, reduce the pollution of ecological environment and protect the ecological environment. The traditional electric vehicle wireless charging technology has many problems, such as short mileage, inconvenient operation and so on. It is mainly charged by means of cable and charging pile or direct replacement of battery, resulting in the wear of plug in long-term use, and even safety failure in rainy days. This paper studies the wireless charging technology of electric vehicles, analyzes the theory and principle of existing wireless charging technology, and puts forward a high-efficiency wireless charging technology scheme to provide real-time energy during vehicle driving in a non-contact way, so as to ensure that the overall endurance time of electric vehicles is fully extended and meet the actual needs of vehicle driving.

关键词:电动汽车;高效率;无线充电技术

引言

我国人均资源分配较少,大量的石油能源进口会阻碍社会发展,因此需要对新能源车给予足够的重视,提高新能源汽车技术,减轻对进口能源的依赖。我国对新能源车的研究与欧美发达国家相比起步较晚,有必要加强对其技术的研究与探讨。

1无线充电技术理论分析

无线电能传送和有线电能传送具有明显的区别,利用磁场为负载实际电能。无线电能传播主要分为微波式、耦合式、谐振式,微波式无线电传播的充电距离通常超过公里级,可以实现精确定向,然而遭受传播介质的影响可能会无法击穿障碍物。微波式无线充电主要在真空或者空旷环境下开始充电,耦合式无线充电技术比较成熟,利用法拉利电磁感应和安培环路定理能够实现短距离内的传输充电。无线传输比充电的数据传输效能更高,但传输功率也较低,因此要想采用高效率无线充电技术就必须采用耦合式无线电能传输技术。在电动汽车动态充电中要提高充电效率或者侧移性,增强磁频率的能力,必须要保证耦合变压器占系统的80%左右空间。通过磁场能量实现发射端到传输端的接收效果,耦合变压器的空气比较大,磁通量较少,系统漏感明显增加。在耦合距离保持不变的情况下,多个不同的耦合变压器的传输效率、磁屏蔽效果和测量性能也会发生明显的变化,在电动汽车无线充电系统设计时要充分考虑不同因素的干扰。

2无线充电技术的主要工作原理

2.1 ICPT工作原理

ICPT也是电磁场耦合的主要能量传输媒介,采用交流变压器绕组方法,分别安装于车外地板和站内底盘并使用高频率电磁耦合的对能量传递方式，主要包括由电源侧发送端无接触变压器以及电动汽车侧接收端共同构成的,利用整流滤波器将直流电转化为高频率逆变产生的高频交流电压,在信号控制电路中进行一次侧补偿后流入原边绕组,同时在零件空间形成高频交变磁通道位于汽车底盘的副边绕组,从而能够更接近于原边绕组空间,同时也自动利用高频变焦时通道获得电磁感应,在电信号完全受控的情形下,就能够对滤波的输出功率实现自主调整,并以此完成对车辆内能量的供给。

2.2 ERPT工作原理

ERPT运用接受输入线圈及其二端的平板电容形成谐振电路进行无限电能的传送,该体系一般包括由供电侧发送端,发送接受线圈和电动汽车侧发送端,而在供电侧发送端的供电也可以直接通过电网获取能量,在通过输出功率放大或者阻抗匹配集成电路之后,在发射线圈附近形成非辐射形态的磁场,进而使能量迅速地转化为电磁。当放在电动汽车上接收线圈中的固有频率和所接受的电磁滤波相等,在接收电路中所形成的输出电压明显增强,而且能够快速实现电子转换电流。通过整流滤波器进入调整集成电路后,就能够给无线电汽车提供能量补充。

3无线充电技术

3.1短程传输

近距离传播利用了电磁感应,主要在小巧轻巧的电子设备供电中断时应急,利用初级和次级线圈感应形成巨大的电流,电磁场不但可以贯穿任何非金属材料物质,并且还可以隔着许多非金属材料物质实现高速传播,使电磁能量由传输端迅速移动到传输端,最后达到与电子设备的高速连接,同时电磁感应传播功率也大大提高,能够实现从几百瓦至几千瓦之间的传播效应,但由于受电磁感应理论的影响,所以将用电终端与受电流端之间的近距离传输限制在十厘米以内。

3.2中程传输

电磁耦合和在重镇电能传输技术和射频电能传输技术中,通过中程传输能够为移动装置进行无线的电能传送。通过在天线固有频率和发射电磁场技术频段保持一致时形成强烈的电子磁共振。利用非辐射磁场传播可以达到能量的高效传递,而电子磁共振和电磁感应技术相比较而言,由于其所使用的电磁较弱,传播功率可超过几千瓦,甚至可以达到更远距离的传播RFPT的主要功率放大电路,并利用减波高频整流后可以快速得到的直流电,能够实现有效负载,而且 RFPT 的传输距离较远,但传输功率比较小。

3.3远程传输

微波电能传送的技术或激光电能传输技术,可以在宇宙飞船等太空应用领域中被广泛应用,同时也可以对新型能源开发中有着十分突出的优越性远距离传送,能够直接把能量转换为微波,从而使得微波通过自由空间传播,在进行整流后,将微波能量自动转换为直流电能供给负载。而微波能量的传送范围也更广,距离更长,能够避免造成电能传输的干扰。激光通过电力传送可直接携带大量的电能,以小型的发送输出功率能够完成较长一段距离的电力传送,而且激光辐射方向有能量较集中,性能强等优点,也能够减少受到地面通信卫星的影响,不过也很易引起地面激光辐射和接收设备内部障碍物的相互干涉而影响电能转换,导致能量传输损失。

4无线充电在电动汽车中的具体应用

目前在无线电动汽车不断蓬勃发展的大背景下,要尽可能地对充电器的充电设备和充电状态进行分析,并且要防止二者之间的距离相距过远,甚至二者没有相对运动,不然将会造成电能传递的失效性或无法满足预期需求,如果条件允许可以专门在道路两侧,设置充电站方便电动汽车随时充电。电磁感应充电所需要的空间距离过小,而无线电波充电利用率又过低,因此电磁感应共振充电的间距与效率更能适应于蓄电池汽车的需要。在电池充电时必须选用无污染、没有记忆效应的蓄电池进行充电操作,并通过对无线充电技术在电动汽车中的使用情况做出了清晰地分类,以做好充电器与电网之间的相连工作,并在车辆底部设置了无线充电的接收设施例如无线接收线圈，使之与蓄电池设备相连,从而能够确保无线充电实现通用的效果。

结语

随着国家政策的支持下,电动汽车成为汽车行业未来发展的主流,在新时期要重点加强对无线充电汽车的科学研究,提高无线充电的效率。只有通过不断完善高效率无线充电技术,结合我国智慧电网的发展趋势,才能够为电动汽车的长远发展提供重要的技术支持。

参考文献

[1]刘璐,徐桂芝,石凯凯,曹智阳. 线圈偏移对无线电能传输效率的影响及优化[J]. 现代

电子技术. 2021(08)

[2]吴振军,冯凯,窦智峰,高鹏飞,金楠,武洁. 磁场耦合谐振式无线电能传输补偿拓扑结构

效率特性分析[J]. 轻工学报. 2021(02)

[3] 林清华. 跑道型松耦合变压器在电梯轿厢无线供电系统中应用研究[J]. 电气应用. 2021(03)