無線充電技術(shù)在電動汽車上的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

電動汽車無線充電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1.無線充電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀無線充電技術(shù)作為一種無需物理接觸即可傳輸電能的技術(shù)，近年來在電動汽車領(lǐng)域引起了人們的特別關(guān)注。隨著全球?qū)G色和可再生能源的日益追求，電動汽車已成為減少化石燃料依賴和溫室氣體排放的重要工具。其充電技術(shù)的創(chuàng)新已成為研究的熱點(diǎn)。目前，無線充電技術(shù)在電動汽車領(lǐng)域取得了一系列突破。無線充電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性已經(jīng)顯著提高。通過采用高頻電磁場、磁共振等先進(jìn)傳輸技術(shù)，無線充電的能效在某些場景下已經(jīng)接近甚至超過有線充電。同時，通過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計和材料選擇，也有效地保證了無線充電的穩(wěn)定性和安全性。無線充電的充電速度和充電距離也在不斷提高。通過增加充電功率和頻率，以及采用先進(jìn)的能源管理和控制系統(tǒng)，無線充電的充電速度顯著提高，使電動汽車在短的停車時間內(nèi)獲得充足的電力。隨著技術(shù)的進(jìn)步，無線充電的充電距離也在不斷延長，讓電動汽車在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線充電。盡管無線充電技術(shù)在電動汽車領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，但仍存在一些挑戰(zhàn)和問題。例如，無線充電系統(tǒng)的成本仍然很高，這限制了其在大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用中的推廣。無線充電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性也是確保不同品牌和型號的電動汽車能夠使用同一套無線充電設(shè)施的緊迫問題?？傮w而言，無線充電技術(shù)在電動汽車領(lǐng)域的發(fā)展正呈現(xiàn)出積極的趨勢。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，無線充電有望成為電動汽車的主流充電方式之一，為電動汽車的普及和可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。2.無線充電技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用優(yōu)勢無線充電技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用帶來了許多顯著的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在用戶體驗(yàn)的提升上，也體現(xiàn)在整個電動汽車生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展上。無線充電技術(shù)為電動汽車用戶提供了極大的便利。傳統(tǒng)的有線充電方式需要用戶將車輛物理連接到充電站，這不僅需要額外的時間，而且在某些情況下可能會帶來安全風(fēng)險，例如雨雪天氣或夜間充電。無線充電技術(shù)完全消除了這個問題。用戶只需將車輛停放在充電區(qū)，無需任何物理連接，即可自動充電，大大提高了充電的便利性。無線充電技術(shù)有助于提高電動汽車的充電效率。由于插頭和電纜等多種因素，傳統(tǒng)的有線充電方法的充電效率往往受到限制。另一方面，無線充電技術(shù)可以通過優(yōu)化電磁場的分布和能量傳輸效率，在更短的時間內(nèi)為電動汽車提供充足的電力。這不僅縮短了充電時間，還提高了充電效率，進(jìn)一步滿足了電動車用戶快速充電的需求。無線充電技術(shù)也有助于電動汽車的推廣和普及。由于沒有復(fù)雜的電纜和插頭，無線充電設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)成本相對較低。這意味著無線充電設(shè)施可以更容易地在公共停車場、購物中心和其他地方普及，從而吸引更多消費(fèi)者選擇電動汽車。無線充電技術(shù)對電動汽車的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。隨著電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用，傳統(tǒng)的有線充電方式可能面臨電網(wǎng)負(fù)荷過大、充電設(shè)施分布不均等問題。無線充電技術(shù)可以通過智能調(diào)度和優(yōu)化充電策略，更好地平衡電網(wǎng)負(fù)荷，提高充電設(shè)施的利用率。同時，無線充電技術(shù)還可以與太陽能、風(fēng)能等可再生能源相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電動汽車的綠色充電，進(jìn)一步促進(jìn)電動汽車的可持續(xù)發(fā)展。無線充電技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用具有顯著優(yōu)勢，包括提高充電便利性、提高充電效率、促進(jìn)電動汽車普及、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。隨著無線充電技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在電動汽車領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。3.無線充電技術(shù)在電動汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢隨著技術(shù)的進(jìn)步，無線充電技術(shù)日益成熟，在電動汽車中的應(yīng)用也越來越多。主要汽車制造商和科技公司正在加大對無線充電技術(shù)的研發(fā)投入，以提高充電效率和便利性。與此同時，無線充電技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程也在加快，越來越多的電動汽車搭載無線充電系統(tǒng)，為用戶提供更便捷的充電體驗(yàn)。靜態(tài)無線充電技術(shù)雖然取得了一定的進(jìn)步，但仍存在充電頻繁、續(xù)航里程短等問題。動態(tài)無線充電技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，通過在道路上鋪設(shè)供電軌道，為電動汽車在行駛時提供實(shí)時能源供應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)可以有效地延長電動汽車的續(xù)航里程，解決充電基礎(chǔ)設(shè)施不完善的問題。無線充電技術(shù)的發(fā)展與電動汽車的自動駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)密切相關(guān)。隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，電動汽車將能夠?qū)崿F(xiàn)自動停車和充電，而無線充電技術(shù)可以為這一自動充電過程提供更方便、更安全的解決方案。同時，智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展也將為無線充電技術(shù)的普及提供更多的應(yīng)用場景和商業(yè)模式。無線充電技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用需要解決充電效率和安全性問題。目前的無線充電技術(shù)在能量傳輸過程中存在一定的能量損失，提高充電效率是未來發(fā)展的重要方向。由于電磁場在無線充電技術(shù)中的應(yīng)用，確保其對個人和環(huán)境的安全也是未來發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。政府對無線充電技術(shù)的支持和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定也是推動其在電動汽車領(lǐng)域發(fā)展的重要因素。例如，中國發(fā)布了電動汽車無線充電的國家標(biāo)準(zhǔn)，這將有助于規(guī)范無線充電技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。同時，政府還可以通過提供財政補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠等政策措施，鼓勵企業(yè)和消費(fèi)者采用無線充電技術(shù)。4.無線充電技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和未來研究方向無線充電技術(shù)在電動汽車的發(fā)展中面臨著一些挑戰(zhàn)，也有幾個關(guān)鍵的研究方向值得關(guān)注。與傳統(tǒng)的有線充電相比，無線充電系統(tǒng)的成本更高，這限制了其在大眾市場的應(yīng)用。目前的無線充電方案充電速度較慢，而對于電動汽車中的大容量電池來說，充電時間較長是一個明顯的缺點(diǎn)。大規(guī)模無線充電產(chǎn)生的磁場對環(huán)境和人體的安全性和電磁兼容性的影響尚不完全清楚，需要進(jìn)一步研究以確保其安全性。目前，無線充電技術(shù)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這可能導(dǎo)致不同品牌的電動汽車無法使用相同的無線充電設(shè)備。研究和改進(jìn)無線充電技術(shù)，提高充電效率，滿足電動汽車快速充電的需求。通過優(yōu)化設(shè)計和大規(guī)模生產(chǎn)降低成本，降低無線充電設(shè)備的成本，使其在市場上更具競爭力。探索無線充電技術(shù)在移動設(shè)備、智能家居等其他領(lǐng)域的多元化應(yīng)用，擴(kuò)大市場規(guī)模。動態(tài)無線充電技術(shù)的研發(fā)使電動汽車能夠在行駛過程中實(shí)時充電，從而延長續(xù)航里程。標(biāo)準(zhǔn)化推動了無線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，確保不同品牌和型號的電動汽車可以共享同一個無線充電設(shè)備。加強(qiáng)無線充電技術(shù)的安全性和電磁兼容性研究，確保其對環(huán)境和人體的影響在可接受的范圍內(nèi)。通過應(yīng)對這些挑戰(zhàn)并推動相關(guān)研究方向的發(fā)展，無線充電技術(shù)有望成為未來電動汽車充電領(lǐng)域的重要技術(shù)之一。參考資料：隨著電動汽車市場的不斷擴(kuò)大和技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動汽車的無線充電技術(shù)也越來越受到人們的歡迎。本文將分析電動汽車無線充電技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以利于讀者。電動汽車無線充電技術(shù)作為一種新興的充電技術(shù)，已應(yīng)用于多個品牌和型號的電動汽車。無線充電技術(shù)以其無需插拔充電電纜、充電方便快捷、省時等優(yōu)點(diǎn)在市場上得到了廣泛認(rèn)可。據(jù)統(tǒng)計，2022年全球無線充電市場規(guī)模已達(dá)30億美元，預(yù)計到2026年將增長至130億美元，市場前景十分廣闊。電動汽車無線充電技術(shù)的主要原理是磁場感應(yīng)充電。實(shí)現(xiàn)方法是在車輛底部安裝接收器，接收來自地面充電板的電磁信號，并通過將這些信號轉(zhuǎn)換為電能為車輛充電。無線充電時，在車輛與充電裝置之間建立磁場，實(shí)現(xiàn)電能的非接觸傳輸。電動汽車無線充電技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是方便快捷，無需插拔充電電纜，提高了使用效率；其次，減少了電纜的磨損和浪費(fèi)，降低了維護(hù)成本；再次，它可以實(shí)現(xiàn)長距離充電，為未來電動汽車的應(yīng)用提供了更廣闊的空間。無線充電技術(shù)也存在一些不足，如充電效率低于有線充電，設(shè)備成本較高。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和電動汽車市場的不斷擴(kuò)大，電動汽車無線充電技術(shù)的發(fā)展前景十分廣闊。預(yù)計未來幾年無線充電市場將繼續(xù)快速增長，更多的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)將加入無線充電技術(shù)的研究和應(yīng)用，促進(jìn)行業(yè)的快速發(fā)展。未來，電動汽車無線充電技術(shù)的創(chuàng)新研究將集中在以下幾個方面：一是提高充電效率，滿足電動汽車快速充電的需求；其次，研究和改進(jìn)無線充電設(shè)備的結(jié)構(gòu)，以降低成本，提高可靠性；三是探索無線充電技術(shù)的多元化應(yīng)用，如在移動設(shè)備、智能家居等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。目前，電動汽車無線充電技術(shù)的前沿研究主要集中在以下幾個方面：一是磁共振無線充電技術(shù)研究，該技術(shù)具有更高的傳輸效率和更大的傳輸距離；二是研究制定無線充電標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)行業(yè)規(guī)范發(fā)展；三是將人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的無線充電。電動汽車無線充電技術(shù)作為一種新興的充電技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場前景。盡管該技術(shù)仍存在一些不足，但隨著研究的不斷進(jìn)步和深入，預(yù)計未來幾年無線充電技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用和推廣。同時，無線充電技術(shù)的研究和應(yīng)用也將促進(jìn)電動汽車行業(yè)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)做出更大貢獻(xiàn)。電動汽車的無線充電技術(shù)通過埋地供電軌以高頻交變磁場的形式將電能傳輸?shù)降孛嫔弦欢ǚ秶鷥?nèi)運(yùn)行的車輛的接收端，然后由其向車載儲能設(shè)備供電。這可以使電動汽車配備少量電池組，延長續(xù)航里程，并增加能源供應(yīng)變化的安全性和便利性。動態(tài)無線供電技術(shù)的主要參數(shù)指標(biāo)包括電能傳輸距離、功率、效率、耦合機(jī)構(gòu)橫向位移適應(yīng)性、電磁兼容性等。因此，開發(fā)高功率、高效率、橫向位移適應(yīng)性強(qiáng)、電磁輻射低、成本適中的動態(tài)無線供電系統(tǒng)已成為國內(nèi)外主要研究機(jī)構(gòu)的主要研究熱點(diǎn)。為了節(jié)約能源和減少環(huán)境污染，電動汽車得到了世界各國的大力推廣。由于電池容量和充電基礎(chǔ)設(shè)施的限制，充電已成為電動汽車發(fā)展中最顯著的瓶頸。由于無線充電技術(shù)可以解決傳統(tǒng)導(dǎo)電充電所面臨的接口限制和安全問題，因此逐漸發(fā)展成為電動汽車充電的主要方式。靜態(tài)無線充電和有線充電都存在充電頻繁、續(xù)航里程短、電池使用量大、成本高等問題。尤其是對于電動公交車這樣的公交車來說，其持續(xù)續(xù)航能力尤為重要。在此背景下，電動汽車的動態(tài)無線充電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過非接觸方式為運(yùn)動中的電動汽車提供實(shí)時能源供應(yīng)。隨著研究的深入，許多關(guān)鍵問題和瓶頸需要解決，如高性能磁耦合機(jī)構(gòu)的設(shè)計、電磁兼容性問題和能量傳輸?shù)聂敯艨刂?。這些問題的解決對動態(tài)無線電源技術(shù)的發(fā)展具有指導(dǎo)意義。低碳經(jīng)濟(jì)的核心在于新能源技術(shù)和節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用。電動汽車可以有效解決機(jī)動車排放污染和能源短缺問題，是我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。作為電動汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要前提和基礎(chǔ)，電動汽車充換電設(shè)施的建設(shè)引起了各方的廣泛關(guān)注。新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是純電動汽車的快速增長，必然會對電動汽車充電方式的多樣化和便捷性提出更高的要求。無線充電技術(shù)作為一種新興技術(shù)，主要應(yīng)用于手機(jī)、電腦、漫游等低功耗設(shè)備的充電。在電動汽車領(lǐng)域，這仍然是一個全新的概念。隨著無線充電技術(shù)的成熟，電動汽車將成為無線充電設(shè)備最有前景的市場。無線充電技術(shù)起源于無線輸電技術(shù)。無線輸電，又稱無線輸電或無線輸電，主要通過電磁感應(yīng)、電磁共振、射頻、微波、激光等方式實(shí)現(xiàn)非接觸式輸電。根據(jù)空間無線電力傳輸?shù)墓╇娋嚯x不同，無線電力傳輸形式可分為三類：短程、中程和遠(yuǎn)程傳輸。（1）短程變速器。通過電磁感應(yīng)功率傳輸（ICPT）技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通常適用于為小型便攜式電子設(shè)備供電。ICPT主要使用磁場作為介質(zhì)，并利用可分離的變壓器耦合來感應(yīng)通過初級線圈和次級線圈的電流。電磁場可以穿透所有非金屬物體，電能可以通過許多非金屬材料傳輸，從而將能量從傳輸端傳遞到接收端，實(shí)現(xiàn)無需電連接的電能傳輸。電磁感應(yīng)的傳輸功率很大，達(dá)到幾百千瓦，但電磁感應(yīng)原理的應(yīng)用受到供電端和受電端距離較短的限制，傳輸距離上限約為10厘米。（2）中檔變速器。通過電磁耦合諧振功率傳輸（ERPT）技術(shù)或射頻功率傳輸（RFPT）技術(shù)，中頻傳輸可以為手機(jī)和MP3播放器等儀器提供無線功率傳輸。ERPT技術(shù)主要利用接收天線的固有頻率與發(fā)射場的電磁頻率一致時電磁諧振引起的強(qiáng)電磁耦合的工作原理，通過非輻射磁場實(shí)現(xiàn)電能的高效傳輸。與電磁感應(yīng)型相比，電磁諧振型使用的磁場要弱得多，傳輸功率可達(dá)數(shù)千瓦，并且可以實(shí)現(xiàn)更長的傳輸距離，傳輸距離可達(dá)3-4米。RFPT主要通過功率放大器發(fā)射射頻信號，通過檢測和高頻整流獲得直流電，供負(fù)載使用。RFPT的遠(yuǎn)距離可達(dá)10米，但傳輸功率很小，從幾毫瓦到一百毫瓦不等。（3）遠(yuǎn)程傳輸。通過微波功率傳輸（MPT）技術(shù)或激光功率傳輸（LPT）技術(shù)實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)程傳輸對空間技術(shù)領(lǐng)域具有重要的戰(zhàn)略意義，例如人造衛(wèi)星和航天器之間的能量傳輸，以及新能源的開發(fā)和利用。MPT將電能轉(zhuǎn)換為微波，然后通過自由空間傳輸?shù)侥繕?biāo)位置，進(jìn)行整流，并轉(zhuǎn)換為直流電能供應(yīng)給負(fù)載。微波輸電適用于大規(guī)模、遠(yuǎn)距離、環(huán)保的輸電，如太空太陽能發(fā)電廠。LPT利用激光攜帶大量能量，以較低的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離電能傳輸。激光具有較強(qiáng)的指向性和集中的能量，不存在干擾通信衛(wèi)星的風(fēng)險。然而，障礙物會影響激光器和接收設(shè)備之間的能量交換，并且光束能量在傳輸過程中會部分損失。新西蘭奧克蘭大學(xué)、日本東京大學(xué)、美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、韓國高等科學(xué)技術(shù)研究院（KAIST）等國外研究團(tuán)隊(duì)針對電動汽車動態(tài)無線電源的相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵問題進(jìn)行了一系列研究，主要集中在系統(tǒng)建模方法、功率轉(zhuǎn)換拓?fù)?、電磁耦合機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和電磁屏蔽技術(shù)等方面。新西蘭奧克蘭大學(xué)與德國康文公司合作開發(fā)了世界上第一款功率為30kW的無線充電巴士。與此同時，100千瓦無線動力列車的原型也已開發(fā)出來，軌道長度為400米。KAIST將使用動態(tài)無線充電技術(shù)的電動汽車稱為在線電動汽車。2013年，兩條電動巴士線路在加美市投入運(yùn)營，全長24公里，傳輸功率為100千瓦，效率為850%。美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室對電動汽車動態(tài)無線充電的耦合機(jī)制、傳輸特性、介電損耗和電磁輻射進(jìn)行了研究。地面?zhèn)鬏斞b置采用兩個一次繞組，全橋逆變器，串聯(lián)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電動汽車的位置對傳動功率和效率有很大影響。日本東京大學(xué)提出了一種基于DC/DC轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)最大效率控制方法，通過一次側(cè)的等效阻抗實(shí)時在線估計耦合系數(shù)，并利用前饋控制器改變DC/DC轉(zhuǎn)換器輸入占空比，實(shí)現(xiàn)最大效率控制。在軌道列車無線供電技術(shù)方面，韓國鐵道研究院（KRRI）設(shè)計并研究了整個軌道列車無線電源系統(tǒng)，并制作了功率為1MW、軌道長度為128米的實(shí)驗(yàn)裝置。耦合機(jī)構(gòu)在傳輸端采用長直導(dǎo)軌，通過兩個小U形磁芯增強(qiáng)耦合性能。由于長軌道和大電感，電容分散在傳輸線圈中，以降低電容器的電壓應(yīng)力。此外，龐巴迪德國公司在電動汽車和有軌電車無線電源領(lǐng)域也處于相對領(lǐng)先的水平。由于商業(yè)化的原因，其相應(yīng)的技術(shù)信息有限。國內(nèi)高校和科研院所也相繼開展了無線能量傳輸技術(shù)及應(yīng)用研究。2011年10月，由中國科協(xié)主辦的“無線能量傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)問題及應(yīng)用前景”學(xué)術(shù)沙龍?jiān)谔旖蚬I(yè)大學(xué)舉行。這是中國在無線能源傳輸領(lǐng)域的第一次學(xué)術(shù)會議。隨后，2012年在重慶舉辦了“無線能量傳輸技術(shù)研討會”，2013年在貴陽舉辦了“無線電能量傳輸關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)研討會”，2014年在南京舉辦了“國際無線電能量傳輸技術(shù)及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議”，2015年在武漢舉辦了“電子能量傳輸技術(shù)與應(yīng)用研討會”，展示了國內(nèi)無線電能量傳輸?shù)牧己冒l(fā)展趨勢。見解國內(nèi)較早開展動態(tài)無線能量傳輸技術(shù)研究的幾所大學(xué)包括華南理工大學(xué)、湖南大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、東南大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、重慶大學(xué)、中科院電氣工程研究所、西南交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。對相關(guān)理論、技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵問題的研究取得了一定的成果，并開發(fā)了樣機(jī)。東南大學(xué)深入研究了動態(tài)無線能量傳輸中一次線圈和二次線圈尺寸對傳輸效率和橫向位移的影響，提出了一種基于頻率控制的方法來實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)能量傳輸效率。基于耦合模式理論，天津理工大學(xué)分析了高速列車無線供電系統(tǒng)發(fā)射線圈和接收線圈固有諧振頻率的變化對系統(tǒng)傳輸效率的影響。提出了一種可以調(diào)節(jié)發(fā)射端功率因數(shù)的頻率跟蹤控制技術(shù)，并于2013年提出了將動態(tài)無線能量傳輸技術(shù)應(yīng)用于高速鐵路列車充電的想法。建立了高速鐵路充電沙盤模型，得到了廣泛的關(guān)注。重慶大學(xué)針對一次邊緣控制中二次邊緣參數(shù)難以調(diào)整的問題，提出了參數(shù)辨識理論，并在此基礎(chǔ)上建立了系統(tǒng)的能量流模型。盡管世界各地的研究機(jī)構(gòu)仍在對電動汽車動態(tài)無線供電技術(shù)進(jìn)行深入研究，并推動相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展，但仍有一些關(guān)鍵技術(shù)需要研究，包括磁耦合機(jī)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化、系統(tǒng)魯棒控制技術(shù)和電磁兼容性技術(shù)研究，以最大限度地提高系統(tǒng)的性能，確保系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。現(xiàn)有的動態(tài)無線供電軌大致可分為以下幾類：離散形式連續(xù)單線圈結(jié)構(gòu)、矩形長線圈型和雙磁極型。文獻(xiàn)中提出了一種新型的三相交流勵磁能量發(fā)射導(dǎo)向器和正交型接收端，消除了三相交流電源之間的交叉耦合，提高了能量拾取機(jī)構(gòu)的橫向位移容限。然而，長期線圈方案通常具有諸如大的構(gòu)造體積、低的功率密度以及軌道兩側(cè)的磁場的高暴露水平等缺點(diǎn)。KAIST在奧克蘭大學(xué)的研究基礎(chǔ)上為線圈添加了優(yōu)化的磁芯結(jié)構(gòu)，與奧克蘭大學(xué)的解決方案相比，這提高了傳輸效率和距離，但增加了設(shè)備成本。2015年，KAIST的研究人員提出了一種主要的dq雙相電源導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，以解決沿行進(jìn)方向的零耦合系數(shù)問題。雖然這種結(jié)構(gòu)可以解決零耦合系數(shù)的問題，但由于使用了具有初級電流相位檢測的雙環(huán)控制，因此需要使用鎖相環(huán)和直流斬波器來基于能量拾取機(jī)構(gòu)的空間移動位置實(shí)時控制d軸和y軸雙電源導(dǎo)軌電流的幅度和相位（相差90度）。然而，控制環(huán)節(jié)太多，額外引入的傳輸線圈、H橋和直流斬波器增加了功率損耗，導(dǎo)致難以避免的系統(tǒng)效率下降。哈爾濱工業(yè)大學(xué)經(jīng)過多年的研究，提出了一種基于多初級繞組并聯(lián)的電動汽車道路式動態(tài)無線充電方法。它采用分段導(dǎo)軌，實(shí)現(xiàn)電動汽車在運(yùn)行過程中的無線供電。此外，雙極導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步優(yōu)化，大大減少了磁芯的使用量。然后，提出了一種橋臂連接的多相接收端電能拾取機(jī)構(gòu)，以消除功率零點(diǎn)對傳輸能量和穩(wěn)定性的影響。多相拾取機(jī)構(gòu)由一個扁平磁芯和多個繞組方向相同的接收線圈組成。具有相同末端的兩個線圈間隔連接，形成兩個接收線圈。通過自解耦原理優(yōu)化兩相線圈的尺寸、位置等參數(shù)，可以消除交叉耦合，使兩相線圈在任何位置同時工作，而不會相互影響，實(shí)現(xiàn)高效的能量接收。在動態(tài)無線能量傳輸控制技術(shù)方面，主要有三種方法：一次控制、二次控制和雙向控制。奧克蘭大學(xué)提出通過調(diào)整逆變器驅(qū)動信號的占空比來控制一次諧振電流，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。KAIST在系統(tǒng)設(shè)計中采用一次恒流控制，即在逆變器前端增加一個DC/DC轉(zhuǎn)換器，通過調(diào)節(jié)一次直流母線電壓來實(shí)現(xiàn)逆變器輸出的恒流控制。初級控制的主要目的是在電源導(dǎo)軌上產(chǎn)生恒定的交變磁場，從而實(shí)現(xiàn)輸出功率的魯棒控制。香港大學(xué)的研究人員提出了一種無需雙邊通信即可實(shí)現(xiàn)功率和最大效率的雙參數(shù)同步控制方法。通過DC/DC轉(zhuǎn)換器調(diào)整二次側(cè)的等效交流阻抗來實(shí)現(xiàn)最大效率控制，通過搜索一次側(cè)的最小輸入功率來實(shí)現(xiàn)輸出恒定功率控制。對于動態(tài)無線能量傳輸?shù)聂敯艨刂撇呗?，國外研究人員一般采用PI控制算法，控制參數(shù)一般采用極點(diǎn)配置法選擇，相對簡單易實(shí)現(xiàn)。然而，在電動汽車動態(tài)無線電源的實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)有的建模和控制研究往往忽略了各種不確定的擾動信息，需要對系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行研究，并設(shè)計多參數(shù)擾動下的快速魯棒控制器。動態(tài)無線電能量傳輸利用高頻強(qiáng)磁場實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸，工作頻率高，電磁環(huán)境復(fù)雜。因此，電磁兼容性設(shè)計是一項(xiàng)重要內(nèi)容，包括磁屏蔽設(shè)計、頻率配置、接地設(shè)計、剩磁設(shè)計、軟件抗干擾設(shè)計等。電動汽車無線能量傳輸中的電磁干擾抑制可分為兩類：主動屏蔽和被動屏蔽。無源屏蔽主要為通過鐵磁材料的磁通量提供替代路徑，或者產(chǎn)生與通過低磁導(dǎo)率金屬導(dǎo)體材料的泄漏相反的磁場。鐵磁材料的使用可以提高磁耦合線圈的自感和互感系數(shù)，在提高耦合性能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化磁場的空間分布約束。磁路損耗小，但屏蔽效果有限。金屬屏蔽廣泛用于射頻應(yīng)用，以抑制高頻磁場電磁干擾。KAIST和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員對金屬導(dǎo)體材料的磁屏蔽進(jìn)行了研究，使用低磁導(dǎo)率金屬導(dǎo)體來減少電磁干擾。該方案的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計簡單、操作方便，但其局限性在于不能同時覆蓋發(fā)射線圈和接收線圈。導(dǎo)電材料在地面上的暴露磨損和渦流損耗直接影響系統(tǒng)的性能。有源屏蔽主要包括在耦合機(jī)構(gòu)附近放置有源或無源有源屏蔽線圈，以產(chǎn)生抵消磁場，與金屬屏蔽相比，該抵消磁場占用更少的空間。在2013年的一篇文章中，KAIST提出了一種帶有諧振線圈的有源磁場消除方法，并在綠色總線系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，2015年提出了一種基于雙線圈和相位調(diào)節(jié)的諧振無源有源屏蔽方案。將屏蔽線圈放置在耦合機(jī)構(gòu)的一側(cè)，通過漏磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生與原始磁場相反的偏移磁場，實(shí)現(xiàn)磁屏蔽功能。然而，由于控制因素，很難產(chǎn)生與原始磁場相位相反且振幅完全相同的磁場，并且由于引入屏蔽線圈而導(dǎo)致的整體系統(tǒng)效率降低已成為不可否認(rèn)的弱點(diǎn)。電動汽車無線供電系統(tǒng)的軌道模式分為單級軌道模式和多級軌道模式，如圖1和圖2所示。對于單級導(dǎo)軌供電模式，在系統(tǒng)運(yùn)行期間，只有一個導(dǎo)軌和一組一次能量轉(zhuǎn)換裝置在一次回路中工作。對于多級導(dǎo)軌供電模式，系統(tǒng)在一次線圈中使用多個導(dǎo)軌和多組能量轉(zhuǎn)換裝置。當(dāng)電動汽車行駛到某個導(dǎo)軌時，該導(dǎo)軌為電動汽車提供動力，而其他導(dǎo)軌處于待機(jī)模式。當(dāng)汽車到達(dá)導(dǎo)軌的下一段時，關(guān)閉前一段導(dǎo)軌，打開下一段導(dǎo)軌為電動汽車供電。從圖1和圖2可以看出，單級導(dǎo)軌供電方式結(jié)構(gòu)簡單，易于控制和維護(hù)。然而，由于導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)是單個長導(dǎo)軌，它也具有以下缺點(diǎn)：②該系統(tǒng)非常不穩(wěn)定，對參數(shù)變化非常敏感。任何微小的參數(shù)變化都可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。因此，希望提出一種基于多級導(dǎo)軌模式的電動汽車不間斷供電系統(tǒng)，以解決單級導(dǎo)軌供電模式中傳輸效率低、對參數(shù)變化敏感的問題。在單層多級導(dǎo)軌模式下，系統(tǒng)電源導(dǎo)軌分為N段導(dǎo)軌，每段電源導(dǎo)軌都配有自己的能量轉(zhuǎn)換裝置、諧振補(bǔ)償裝置和轉(zhuǎn)換開關(guān)，如圖3所示。電力從電網(wǎng)輸出，并通過每個供電軌道的各個能量轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為高頻AC電力。在變換器開關(guān)的控制下，它被注入諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，在每個供電軌中產(chǎn)生高頻激勵電流。最后，能量通過耦合機(jī)構(gòu)傳輸?shù)较到y(tǒng)的二次電路。關(guān)于這種鐵路模式也存在一些爭論。如果導(dǎo)軌的長度設(shè)計得很短，可以大大降低系統(tǒng)損耗，提高系統(tǒng)傳輸效率。然而，由于增加了許多功率轉(zhuǎn)換裝置，也增加了系統(tǒng)控制和維護(hù)的難度，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果導(dǎo)軌的長度設(shè)計得更長，則可以大大減少電能轉(zhuǎn)換裝置的數(shù)量，但電能轉(zhuǎn)換設(shè)備的單機(jī)容量增加，并且對電子設(shè)備的要求更高。同時，它增加了系統(tǒng)對參數(shù)變化的敏感性，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對這些問題，本文提出了另一種多級軌道供電模式，即雙層多級軌道供電方式。在單層和多層導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上，將N個導(dǎo)軌段改為N個導(dǎo)軌組。在每個導(dǎo)軌組中，只有一套電能轉(zhuǎn)換裝置，將工頻交流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電并注入供電導(dǎo)軌。每個導(dǎo)軌組進(jìn)一步分為n個小導(dǎo)軌段，每個小導(dǎo)軌段都配有自己的諧振補(bǔ)償裝置和轉(zhuǎn)換開關(guān)。它們根據(jù)自身負(fù)荷情況自適應(yīng)切換到軌道供電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)雙層和多層軌道的分級控制。雙層多級導(dǎo)軌的示意圖如圖4所示。與單極長線圈導(dǎo)軌相比，雙極供電導(dǎo)軌具有功率密度高、尺寸緊湊、橫向位移適應(yīng)性強(qiáng)、對軌道兩側(cè)磁場暴露水平低的特點(diǎn)。此外，施工難度小，磁極鐵芯數(shù)量少，施工成本低，適合大規(guī)模工程應(yīng)用。然而，雙極導(dǎo)軌存在磁場分布不均勻和耦合零點(diǎn)問題，導(dǎo)致能量傳輸不連續(xù)。這不僅影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還會降低能量傳輸功率和效率。為了提高動態(tài)無線電源的平均傳輸效率和平均傳輸功率，需要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計。在雙極供電軌道動態(tài)無線供電系統(tǒng)中，由于耦合機(jī)構(gòu)相對位置的變化、分段軌道之間磁場的不均勻分布以及不同的路基介質(zhì)等多參數(shù)擾動的影響，能量傳輸處于快速的非線性變化過程中。如何提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，已成為動態(tài)無線能量傳輸系統(tǒng)控制策略的研究目標(biāo)。電磁兼容性問題與能量傳輸質(zhì)量、對系統(tǒng)造成的電磁干擾以及對人體的影響密切相關(guān)。只有有效地解決電磁兼容性問題，才能保證系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行?？梢钥闯觯芯康闹饕裹c(diǎn)是如何有效可靠地確保系統(tǒng)的電磁兼容性，同時最大限度地減少對系統(tǒng)效率的影響。電動汽車的傳統(tǒng)能源供應(yīng)方式主要包括電池更換、交流慢充和直流快充，均屬于有線接觸充電。（1）電池更換方法是用幾乎耗盡能量的充滿電的電池組更換車輛上的電池組，這通常需要不到10分鐘的時間。這種方法可以有效解決續(xù)航里程不足的問題，同時通過電池組的集中充電、專業(yè)維護(hù)和級聯(lián)利用，延長電池壽命，提高電動汽車的經(jīng)濟(jì)性。對于用戶來說，購買不帶電池的汽車可以降低一次性購買成本。此外，更換電池可以充分利用低谷電價的優(yōu)勢，降低充電成本。然而，由于電池組的重量很重，對電池更換的專業(yè)化需求很強(qiáng)。需要配備專業(yè)人員，在專業(yè)機(jī)械的幫助下快速完成電池更換、充電和維護(hù)。推廣這種模式的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)電池盒的標(biāo)準(zhǔn)化和快速更換電池的實(shí)用性。（2）通信的慢速充電方式由交流充電樁提供，車載充電器完成交直流轉(zhuǎn)換。充電功率一般不大，充電時間一般為5-8小時。這種充電方式充電電流小，可以減少電池在充電過程中產(chǎn)生的熱量，提高充電效率，延長電池的使用壽命。然而，問題是充電時間太長。（3）直流快速充電方法由非車載充電器完成，將交流電和直流電轉(zhuǎn)換，充電功率高。通常，常規(guī)充電時間約為3-4小時；它也可以在20分鐘到2小時內(nèi)提供。快速充電具有相對較高的電流，一般充電電流為150-400A。頻繁的大電流快速充電可以大大縮短電池壽命，對充電連接器的規(guī)格和充電設(shè)施的容量提出了更高的要求?？焖俪潆娨鸬拇箅娏髯兓瘯﹄娋W(wǎng)產(chǎn)生影響，造成公共電網(wǎng)的電壓波動。大功率充電機(jī)產(chǎn)生的大量諧波也會影響公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量。有線充電技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一次性能量轉(zhuǎn)換，能量損耗低，節(jié)能環(huán)保；一次交流/直流轉(zhuǎn)換，無中高頻電磁輻射；充電樁、充電器等充電設(shè)備技術(shù)門檻不太高，經(jīng)濟(jì)投入不大，維護(hù)方便；充電功率調(diào)節(jié)范圍廣，適用于各種電壓和電流水平的動力電池的儲能和供電。其缺點(diǎn)是：充電設(shè)備的移動操作和電源的長引線，使手動操作繁瑣；充電站和充電設(shè)備占用公共土地過多，積累過多；在手動操作過程中，極易遇到設(shè)備過度磨損等安全隱患。無線充電技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：使用方便安全，無火花或觸電危險，無灰塵積聚和接觸損失，無機(jī)械磨損和相應(yīng)的維護(hù)問題，能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境和天氣條件。其缺點(diǎn)是：經(jīng)濟(jì)成本投資高，設(shè)備維護(hù)成本高；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大功率無線電磁轉(zhuǎn)換，能量損耗相對較高；來自無線充電設(shè)備的電磁輻射會對環(huán)境造成污染。電動汽車無線充電技術(shù)具有方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，但仍處于研究探索階段，在實(shí)用性方面還有很多工作要做。此外，基于當(dāng)前能源短缺的情況，電動汽車要實(shí)現(xiàn)大功率無線充電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)營還為時過早。然而，作為未來一種靈活的充電方式，有必要進(jìn)行初步探索。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷完善和中國智能電網(wǎng)的建設(shè)，其在電動汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用將極大地推動電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電動汽車逐漸成為現(xiàn)代交通的重要選擇。電動汽車的充電問題一直是制約其進(jìn)一步普及的瓶頸。為了解決這一問題，無線充電技術(shù)逐漸進(jìn)入人們的視野。本文將詳細(xì)討論電動汽車無線充電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢。無線充電技術(shù)主要通過以下三種方式實(shí)現(xiàn)：電磁感應(yīng)、電容充電和無線電波。電磁感應(yīng)是最常用的方法。其原理是將電能轉(zhuǎn)換為磁場能，并通過磁耦合原理，在接收端將磁場能進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電能。電容器充電是利用靜電場進(jìn)行能量傳輸，傳輸距離短，通常適用于便攜式設(shè)備。無線電波使用射頻電磁波進(jìn)行能量傳輸，傳輸效率較低，但靈活性較大。在電動汽車領(lǐng)域，無線充電技術(shù)具有顯著優(yōu)勢。它不需要插拔充電電纜，方便快捷。由于無線充電過程中缺乏物理接觸，減少了插拔充電電纜帶來的潛在損壞和安全隱患。無線充電技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)長距離充電，為電動汽車的未來發(fā)展提供了更大的可能性。無線充電技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用也存在一些不足。其充電效率低于有線充電，限制了其應(yīng)用范圍。無線充電需要發(fā)射器和接收器之間的密切協(xié)調(diào)，這增加了電動汽車的制造成本。無線充電技術(shù)仍然需要解決其安全性和電磁干擾問題。目前，無線充電技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電動汽車。例如，特斯拉在美國推出的新型電動汽車都配備了無線充電技術(shù)。一些公共場所，如商場和餐館，正在逐步推廣無線充電站，以方便電動汽車充電。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的增加，預(yù)計無線充電技術(shù)將越來越廣泛地應(yīng)用于電動汽車。未來，無線充電技術(shù)將成為電動汽車充電的重要方式之一，與有線充電方式相輔相成，共同推動電動汽車的發(fā)展。技術(shù)進(jìn)步：隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，無線充電技術(shù)的效率將顯著提高。未來，通過改進(jìn)磁耦合技術(shù)和優(yōu)化傳輸線路，可以進(jìn)一步提高無線充電的效率，使其在電動汽車領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。市場需求：隨著電動汽車的日益普及，消費(fèi)者對充電便利性的需求也將持續(xù)增加。在這種背景下，無線充電技術(shù)的市場前景廣闊。未來，隨著電動汽車市場的擴(kuò)大，無線充電技術(shù)的市場規(guī)模也將不斷擴(kuò)大。政策支持：世界各國政府正在不斷推出各種