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電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)研究綜述

夏晨陽(yáng)，趙書(shū)澤，楊穎，向付源

（江蘇省煤礦電氣與自動(dòng)化工程實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)）

摘  要：電動(dòng)汽車(chē)在未來(lái)有著良好的應(yīng)用前景，而電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)可以有效解決傳統(tǒng)有線充電帶來(lái)的不方便、不靈活、易漏電等不足，已經(jīng)取得了較大發(fā)展并逐漸開(kāi)始應(yīng)用。目前對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)的研究主要集中在電路-磁路設(shè)計(jì)、最優(yōu)功率傳輸、效率優(yōu)化等方面，同時(shí)在磁路互操作性分析、異物檢測(cè)、電磁屏蔽、電能與信號(hào)同步傳輸、動(dòng)態(tài)無(wú)線充電路徑導(dǎo)引等方面也取得了較大進(jìn)展。文章主要就目前國(guó)內(nèi)外在電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)的電路-磁路設(shè)計(jì)領(lǐng)域進(jìn)行分析與總結(jié)。在電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用上，首先介紹了幾種常用高頻逆變器電路拓?fù)?，并?duì)其進(jìn)行了對(duì)比；之后就目前幾種較為常用的諧振補(bǔ)償拓?fù)涞难a(bǔ)償方式及特性進(jìn)行了總結(jié)；在磁路設(shè)計(jì)和應(yīng)用上，對(duì)國(guó)內(nèi)外提出的一些典型磁路進(jìn)行了總結(jié)與對(duì)比，最后對(duì)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電未來(lái)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；無(wú)線充電；磁路機(jī)構(gòu)；電路拓?fù)?/span>

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51777210）；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（BK20171190）

作者簡(jiǎn)介：  

       夏晨陽(yáng)（1982），男，江蘇泰興人，副教授，工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線電能傳輸技術(shù)、高性能電力電子變換器與先進(jìn)控制技術(shù)、開(kāi)關(guān)電源技術(shù)、EMC電磁兼容等。

  趙書(shū)澤(1994)，男，河北衡水人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線電能傳輸技術(shù)及其應(yīng)用。

  楊穎(1994)，女，江蘇沛縣人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線電能傳輸技術(shù)及其應(yīng)用。

  向付源（1998），男，河南鄭州人，在讀本科生，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線電能傳輸技術(shù)及其應(yīng)用。

★夏晨陽(yáng)，趙書(shū)澤，楊穎，等. 電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)研究綜述[J]. 廣東電力，2018，31(11)：1-12.

★XIA Chenyang, ZHAO Shuze, YANG Ying, et al. Research Review on Electric Vehicle Wireless Charging System[J]. Guangdong Electric Power，2018，31(11)：1-12.

研 究 背 景

        為減少對(duì)化石能源的消耗，降低其使用帶來(lái)的空氣污染和溫室效應(yīng)，大力推廣電動(dòng)汽車(chē)的使用是非常有必要的。目前，電動(dòng)汽車(chē)的電池存在電能儲(chǔ)存容量小、充電時(shí)間長(zhǎng)、體積大、質(zhì)量大等問(wèn)題，這些問(wèn)題限制了電動(dòng)汽車(chē)的推廣進(jìn)度。由于無(wú)線充電擺脫了充電電纜的限制，充電過(guò)程中能量發(fā)射機(jī)構(gòu)與能量拾取機(jī)構(gòu)可產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此，可以滿足電動(dòng)汽車(chē)的靜態(tài)無(wú)線高效充電甚至動(dòng)態(tài)充電。目前，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)發(fā)展迅速，并逐步在實(shí)際應(yīng)用中成熟應(yīng)用。在電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)態(tài)無(wú)線充電領(lǐng)域，全球很多地區(qū)已經(jīng)研制了不同規(guī)格電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)態(tài)無(wú)線充電試驗(yàn)機(jī)，且試運(yùn)行成功。

存 在 問(wèn) 題

  然而，在電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)發(fā)展迅速的情況下，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電仍然無(wú)法持續(xù)擴(kuò)大推廣并產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，究其原因還是由于相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，依然有相當(dāng)一部分關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題亟待攻克。目前制定無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)的工作組織單位有：SAE（美國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)工程師學(xué)會(huì)）、IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）、ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）、中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化管理中心、中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化研究所。目前已經(jīng)制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：SAEJ2954、IEC 61980(TC69)、ISO19363(TC22/SC37)等。然而，由于對(duì)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電的關(guān)鍵技術(shù)的問(wèn)題研究側(cè)重點(diǎn)不同，成熟度不同等，造成目前不同標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)兼容性較差，甚至不兼容，因此，一個(gè)固定而又完善的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)就顯得格外重要。可以預(yù)見(jiàn)，在這場(chǎng)無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)中，當(dāng)其中某一標(biāo)準(zhǔn)得到公認(rèn)時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)得到普及。

  目前常用的無(wú)線充電技術(shù)主要有3種：磁場(chǎng)耦合式、電場(chǎng)耦合式和電磁輻射式。目前，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)主要采用磁場(chǎng)耦合式，其原理是利用埋在路面下的發(fā)射線圈產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng)，由路面上安裝在行駛車(chē)輛上的拾取線圈拾取能量，從而為車(chē)載儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充電，這可以大大減少車(chē)輛搭載的電池組數(shù)量，并延長(zhǎng)其續(xù)航里程數(shù)。針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電的方式可以分為電動(dòng)汽車(chē)靜態(tài)無(wú)線充電和電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)態(tài)無(wú)線充電，2種充電方式的工作原理和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)方法均相同，其不同之處僅在磁路機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上。而電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)按照磁路機(jī)構(gòu)又可細(xì)分為線圈陣列式、分段導(dǎo)軌式和長(zhǎng)導(dǎo)軌式3種。

本文研究?jī)?nèi)容

        本論文首先按照充電方式的不同對(duì)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹；隨后就電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)的電路機(jī)構(gòu)和磁路機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，電路部分主要介紹了一些常見(jiàn)的高頻逆變器和諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，而磁路部分主要針對(duì)奧克蘭大學(xué)和韓國(guó)KAIST研發(fā)的歷代磁路進(jìn)行了介紹并總結(jié)歸納；最后就電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望與總結(jié)。

★1  電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)原理及關(guān)鍵技術(shù)綜述

        1.1  電動(dòng)汽車(chē)靜態(tài)無(wú)線充電技術(shù)

        1.2 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)

        1.3  電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展待解決關(guān)鍵問(wèn)題

★2  電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)高頻逆變電路綜述

★3  電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)綜述

★4   電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)磁路機(jī)構(gòu)研究綜述

        4.1  奧克蘭大學(xué)磁路機(jī)構(gòu)的主要研究成果

        4.2  KAIST磁路機(jī)構(gòu)的主要研究成果

        4.3  國(guó)內(nèi)無(wú)線充電磁路機(jī)構(gòu)的主要研究成果

        4.4 電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)磁路機(jī)構(gòu)分類(lèi)     

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