当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

电动汽车无线充电技术 文献综述


电动汽车无线充电技术的现状与展望
王利军(合肥工业大学,合肥 230000) 刘小龙(合肥工业大学,合肥 230000) 端木沛强(合肥工业大学,合肥 230000) 景 池(合肥工业大学,合肥 230000)

【摘要】 介绍了无线充电技术的分类、电动汽车无线充电技术的工作原理以及电动汽车无 线充电技术的应用情况, 对比分析电动汽车传统能源供给方式

及无线充电方式的优缺点。 分析电动汽车用无线充电技术的特点,并介绍应用于电动汽车的无线充电技术的研发现状。 然后以行驶中的充电技术为重点,对将来电动汽车用无线充电技术的发展进行展望。 Abstract: The categories, operating principles and applications of wireless charging technology are introduced in this paper. The advantages and disadvantages are analyzed by comparing traditional energy supply mode and wireless charging mode. The characteristic of wireless charging technology for EV is analyzed. And then the development present of wireless charging technology is introduced. Finally,the future of wireless charging technology for EV is described with focus on charging of a moving vehicle on road. 【关键词】电动汽车 无线充电 无线电力输送 电磁感应 Key words : electric vehicle; wireless charging technology; wireless power transmission; electromagnetic induction;

0 引言
随着社会的进步、科技的发展、环境和能源问题的日益突出,发展和普及电动汽车等新 能源汽车的呼声日趋高涨, 国内外纯电动汽车( EV) 和插电式混合动力汽车( PHEV) 的量产 和销售也已开始。然而当前电动汽车的普及还面临着诸多问题。其中充电技术方面,现在电 动汽车的充电方式全部是接触式充电 (无论是充电模式还是换电模式) ,非接触式的无线充 电技术尚处于起步阶段。然而,从便利性来看,非接触式无线充电技术更适用。由于电动汽 车二次电池的能量密度远不及汽油,必须经常进行充电作业,且每次充满电都需要数小时。 而利用无线充电技术可以省却繁琐的充电作业, 甚至可以在汽车行驶中自动进行充电, 实现 智能化和人性化,同时解决了接触式充电在安全和维护方面的问题。

1 无线充电技术
无线充电技术引源于无线电力输送技术。 无线电力传输也称无线能量传输或无线功率传 输,主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。根 据在空间实现无线电力传输供电距离的不同, 可以把无线电力传输形式分为短程、中程和 远程传输三大类。 1.1 短程传输 通过电磁感应电力传输(ICPT)技术来实现, 一般适用于小型便携式电子设备供电。 ICPT 主要以磁场为媒介,利用变压器耦合,通过初级和次级线圈感应产生电流,电磁场可 以穿透一切非金属的物体, 电能可以隔着很多非金属材料进行传输,从而将能量从传输端 转移到接收端,实现无电气连接的电能传输。电磁感应传输功率大,能达几百千瓦,但电磁 感应原理的应用受制于过短的供电端和受电端距离,传输距离上限是 10 cm 左右。 1.2 中程传输 通过电磁耦合共振电力传输(ERPT)技术或射频电力传输(RFPT)技术实现,中程传 输可为手机、MP3 等仪器提供无线电力传输。ERPT 技术主要是利用接收天线固有频率与 发射场电磁频率相一致时引起电磁共振, 发生强电磁耦合的工作原理, 通过非辐射磁场实现 电能的高效传输。电磁共振型与电磁感应型相比,采用的磁场要弱得多,传输功率可达几千

瓦,能实现更长距离的传输,传输距离可达 3~4 m。RFPT 主要通过功率放大器发射射频 信号, 通过检波、高频整流后得到直流电,供负载使用。RFPT 距离较远,能达 10 m,但 传输功率很小,为几毫瓦至百毫瓦。 1.3 远程传输 通过微波电力传输(MPT)技术或激光电力传输(LPT)技术来实现。远程传输对于太 空科技领域如人造卫星、航天器之间的能量传输以及新能源开发利用等有重要的战略意义。 MPT 是将电能转化为微波, 让微波经自由空间传送到目标位置, 再经整流,转化成直流 电能, 提供给负载。 微波电能传输适合应用于大范围、 长距离且不易受环境影响的电能传输, 如空间太阳能电站等。LPT 是利用激光可以携带大量的能量,用较小的发射功率实现较远 距离的电能传输。激光方向性强、能量集中, 不存在干扰通信卫星的风 险,但障碍物会影响激光与接收装置之间的能量交换,射束能量在传输途中会部分丧失。

2 无线充电技术在电动汽车上的应用及特点
电动汽车用的非接触式无线充电技术有 3 大类,分别为电磁感应式、微波式和电磁共 振式。无线充电技术在电动汽车上的应用, 是通过埋设于地表的一次线圈与固定于车辆底 盘的二次线圈的电磁耦合来传输电能,对动力电池进行充电,具有安全环保、全自动、免维 护等一系列优点。目前常用的 3 种无线充电技术中,因为 ICPT 和 ERPT 在中等距离的传 输效率较高,更适合于电动汽车充电。特别是东南大学采用的电磁耦合共振式 ERPT 技术, 已能将无线传输的距离增加到 50 cm 左右,也是国内唯一实现 0.5 m 以上千瓦级无线电能 传输的研究成果。 电动汽车用无线充电技术的特点由于电动汽车的特殊使用环境和条件, 其无线充电技术 有以下特点: ( 1) 一次线圈和二次线圈间的气隙大; ( 2) 一次线圈和二次线圈间存在位置偏 移; ( 3) 车载装置( 二次线圈) 必须要小型轻量化; ( 4) 电磁辐射安全; ( 5) 高效率低成本。 气 隙大小根据二次线圈在车上的安装位置和一次线圈在停车场的设置而不同。 二次线圈安装在 车的底部、一次线圈埋设在地面以下的话,气隙长度至少为最小离地间隙( 约 150 mm) 。 减小气隙可以实现无线充电装置的小型轻量化、高效率、低价格,磁通量泄漏也会减少。为 方便施工,可以采用在停车场地面上设置一次线圈的方式,这样气隙约为 50 ~ 100 mm。 充电装置必须要有很强的对应位置偏移的能力。 如果使用车轮挡块, 前后方向的位置偏移可 以控制在± 50 mm 以下,左右方向的位置偏移允许± 150 mm 的偏差。对于乘用车,小 型化和轻量化尤其重要。车载装置安装在车底时,平面尺寸必须控制在 400× 400 mm 以 下,厚度在 40 mm 以下。在无线充电技术实用化前,必须解决电磁辐射的人体防护安全问 题。例如在电动客车上配备 22 kHz、30 kW 无线充电系统时,一次线圈和二次线圈之间的 磁场强度非常高,距其约 100 mm 远位置的强度为 72 μ T。而德国规定心脏起搏器的最大 允许值为 66.5 μ T,所以需要离开 100 mm 以上的距离。国际非电离辐射防护委员会 ( ICNIRP) 制订的电磁场人体防护指南的影响力最大。ICNIRP 于 2010 年修改了低频域 1 Hz ~ 100 kHz 的限值, 20 kHz 时的磁场强度由 6. 25 μ T 放宽至 27 μ T,这表示要 离开至少约 150 mm 的距离。

3 电动汽车无线充电技术应用情况
当今,许多国家都在研制电动汽车无线充电技术,其中美国、英国、日本等是最早开始 电动汽车无线充电技术研究的国家。 日本长野无线公司于 2009 年 8 月宣布开发出了基于磁 共振的充电系统, 可以在 600 mm 的传输距离内确保 90%的传送效率;但目前的传送功率 还比较小(约 1 kW) ,拟定从叉车等使用范围进入市场,伴随着技术成熟程度和传送功率的 提高, 有望很快进入电动汽车充电领域。 英国 HaloIPT 公司于 2010 年 11 月开发出一种新型无线充电系统, 该感应式电能传 输技术利用感应电荷的原理,将电源板埋藏于道路的沥青之下,进行无线充电;同时由于电

源板不暴露在外,既可以得到有效保护,减少磨损,又不会受到恶劣天气的影响。 日本 IHI 株式会社于 2011 年 11 月采用美国 WiTricity 公司磁共振无线供电技术,研 发出电动汽车无线充电系统, 并已实施现场使用。 该系统包含了安装在电动汽车上的无线电 能接收装置及安装在地面的无线供电装置, 适用于各种电动汽车及充电电池。 电动汽车在充 电点停车时,将自动予以充电,而汽车与充电设备之间并无接触。WiTricity 公司表示,与 电磁感应和微波等无线电能传输系统相比, 该系统具有更高传输效率和更远输电距离, 系 统在 20 cm 传输距离可实现无线充电输出功率 3.3 kW,充电效率达 90%以上。 最近, 美国斯坦福大学一个研究小组正在设计开发一种高效充电系统, 可使电动汽车在公 路上一边行驶一边自动充电。 该充电系统的工作原理是将一系列接通电流的线圈埋入高速路 面下, 在汽车底部装上感应线圈,当汽车通过该高速路时就会引起共振,产生的磁场将电 力持续不断地传输给电池, 这种无线传输方案的充电效率可达 97%。

4 电动汽车有线和无线充电技术优缺点分析
4.1 有线充电技术 优点: 能源转换一次性获得,电能损失小,节能环保;交直流转换一次性,不存在中 高频电磁辐射; 充电桩及充电机等充电设备技术门槛不太高,经济投入不大,维修方便; 充电功率调节范围较宽, 适合多种不同电压和电流等级的动力电池储 能补给。 缺点:充电设备的移动搬运和电源的引线过长,人工操作繁琐;充电站及充电设备公共 占地面积过大;人工操作过程中,极易出现设备的过度磨损等不安全性隐患。 4.2 无线充电技术 优点:使用方便、安全,无火花及触电危险,无积尘和接触损耗,无机械磨损和相应的 维护问题, 可适应多种恶劣环境和天气。 缺点:设备的经济成本投入较高,维修费用大;实现远距离大功率无线电磁转换,能量 损耗相对较高;无线充电设备的电磁辐射会对环境造成污染。

5 结束语
本文分析了电动汽车用无线充电技术的现状, 并对将来进行了展望。 电动汽车普及的同 时, 无线充电技术在全世界受到了越来越多的关注, 各种充电方式面临的难关将逐步得到攻 克,可以预测将来数年内无线充电市场规模将井喷式增长。不远的将来,汽车在高速公路上 行驶中,自动接受来自路面下方的供电,人们将从繁琐的充电作业中解脱。

参考文献:
[1] 郭言平.无线充电的关键技术和研究 [2] 朱俊.电动汽车的无线充电技术 [3] 古丽萍. 令人期待的无线电力传输及其发展 [4] 王任,曲卫迎. 无线充电技术及其在电动汽车上的应用初探 [5] 朱俊.探密电动汽车的无线充电技术 [6] 陈丽娟,许晓慧.智能用电技术 [7] 王晓静.基于 RFID 技术的无线充电系统研究 [8] 王刚,周荣,乔维高. 电动汽车充电技术研究 [9] 庄木裕树.无线电力传输的技术动向·课题和面向实用化的攻关 [10] 李云龙.电动汽车无线供电系统耦合机构研究 [11] 李昆鹏.电动汽车动力蓄电池无线充电技术的智能化研究 [12] 朱则刚.漫谈电动汽车无线充电技术 [13] 施松.电动车无线供电系统拾取装置的设计

[14] 程鹏天.基于感应耦合电能传输方式的电动汽车充电装置研究 [15] 朱俊.电动汽车的无线充电技术 [16] 何常春.电动汽车用锂离子蓄电池产业发展的几点建议 [17] 王健.高速公路电动汽车充换电站的建设实践 [18] 高振华.破译续航密码 [19] 张静.车轮上的 4S 店 [20] 陈秀娟.不电动 无未来 [21] 祝敏,杨帆.全球无线充电技术及其发展态势分析 [22] 王文扬,陈正,陈祥威.新能源汽车监控平台软件的设计


相关文章:
电动汽车发展文献综述
阐述了电动汽车发展的技术问题及研究进展, 福州大学本科生毕业设计文献综述 电动...其车载电源一般采用高效充电电池或燃料电池,其驱动电动机相当于 传统汽车的发动机...
电动汽车无线充电技术发展现状
-1- 实例解析:电动汽车无线充电技术发展现状 在政府的大力扶持下,近年来新能源汽车发展迅速,越来越多的人开始选择 接受电动汽车这种环保的出行方式。 同时也被许多...
电动汽车无线充电技术进展_图文
电动汽车无线充电技术进展_机械/仪表_工程科技_专业资料。电动汽车无线充电技术进展注:本文转自“电气化交通前沿技术论坛” 7 月 7 日,“电气化交通前沿技术论坛”...
解析电动汽车无线充电技术
解析电动汽车无线充电技术:争议中发展 前景无限 无线充电的历史要追溯到 1901 年,尼古拉·特斯拉在纽约长岛建立了无线充电塔-沃登克里弗塔进行无线输电试验,虽然项目...
电动汽车无线充电技术的研究进展_高大威_图文
本文对电动汽车无线充电技术体系﹑类别与技术特点进 行了综述。其研究热点包括:...U 469.72+2 文献标识码: A DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2015.04.002...
电动汽车无线充电系统设计_图文
毕业设计任务书 题目 电动汽车无线充电系统设计 二级学院 专班业级 汽车工程学院 新能源汽车应用技术专业 学生姓名 学号李兵 指导教师 年 月 设计题目 电动汽车无线...
电动汽车电池管理及无线充电技术课程报告
电动汽车电池管理及无线充电技术课程报告_工学_高等教育_教育专区。哈工大电动...9 参考文献 [1]朱春波, 姜金海, 宋凯,等. 电动汽车动态无线充电关键技术研究...
电动汽车文献综述
电动汽车文献综述_管理学_高等教育_教育专区。电动汽车文献综述,研究生论文开题2.1 概述随着未来电动汽车的普及, 电动汽车大规模接入电网充电,将对电力系统的 运行与...
简析无线充电技术的发展
参考文献 [1] 窦延军 一种磁耦合谐振式无线充电系统的设计[D]. 电子科技大学...[6] 王振亚,王学梅,张波,丘东元等 电动汽车无线充电技术的研究进展[J] 电源...
文无线电能传输文献综述
无线电能传输文献综述_教育学/心理学_人文社科_...有了无线供电技术, 设备的充电供电将不受插座和线缆...主要用于电动汽车充电轨道、矿井、水下探 测、...
更多相关标签: