段佳鋼 李玉琴 馬立聰

摘 要：在當今世界經(jīng)濟全球化的背景下，汽車工業(yè)快速增長，對能源的需求量也越來越大，同時對環(huán)境的污染也日益嚴重，這就使得電動汽車的研發(fā)與應用成為了一個新的趨勢和潮流。目前電動汽車的研究主要集中在電動汽車的電池技術、驅動電機的控制技術、能量儲存技術等方面，而其中的核心關鍵技術是電能的存儲與分配。

關鍵詞：電動汽車 無線充電技術 可行性研究

Abstract：With today's world economic globalization， and the rapid growth of the automobile industry， the demand for energy is also higher. At the same time， the environmental pollution is increasingly serious， which makes the development and application of electric vehicles has become a new trend. At present， the research of electric vehicles mainly focuses on battery technology， control technology of driving motor， energy storage technology and other aspects of electric vehicles， among which the key technology is the storage and distribution of electric energy.

Key words：electric vehicle， wireless charging technology， feasibility study

1 引言

目前，電動汽車的發(fā)展主要是在傳統(tǒng)內(nèi)燃機和電池兩種方式的基礎上進行的研發(fā)和應用。其中電動汽車的技術核心是能量的轉換、驅動電機的控制以及動力蓄電的控制系統(tǒng)等。在能源短缺的情況下，為了緩解石油危機，世界各國都開始了新的電動汽車項目，并將其作為未來的重點研究方向。

2 電動汽車無線充電的基本理論

電動汽車無線充電的關鍵技術主要有電池、控制器和充電控制等。（1）電池的選擇 在電動汽車的設計中，為了提高電動汽車的能量效率，需要對電池的性能進行優(yōu)化，使其具有高的穩(wěn)定性和高的壽命;同時，在保證安全的前提下，盡可能降低對環(huán)境的污染;目前，鋰離子動力鋰電池的發(fā)展還不完善，所以我們要根據(jù)實際情況，結合相關的技術標準，來確定最佳的電池類型。（2）電池的選擇原則。首先是安全性，即電池的使用過程中不會因為外界因素而損壞，而且可以延長其使用的時間;其次是經(jīng)濟性，即在不影響的條件下，能夠獲得，最大的收益;最后是快速性，即充電的速度快，并且能滿足不同的用戶需求。（3）充電器的選擇：由于充電器的工作電壓一般比較低，因此采用了高壓充放電的方式來實現(xiàn)對蓄電池的充電操作，這樣就能達到較好的效果。

3 電動汽車無線充電技術可行性研究方向

首先，電動汽車無線充電技術是一個新興的領域和新的發(fā)展方向，在目前的研究中，對電動汽車無線充電技術的研究還很少，主要集中在對電動汽車的功率密度、電池容量以及充放電效率等方面的研究上。其次，隨著我國能源緊缺問題的日益嚴重，國家也開始了大力的支持電動汽車的研發(fā)與推廣，這就要求我們要加快推進電動汽車的商業(yè)化進程，同時也需要解決充電的成本和時間等一系列的難題;最后，為了提高電動車輛的續(xù)航能力，相關部門還提出了很多的政策來鼓勵使用新的儲能裝置，比如：可以通過增加充電樁的建設數(shù)量來實現(xiàn)這一目標，這樣就能夠有效的緩解當前的交通壓力。因此，從長遠的角度來看，未來幾年內(nèi)，我國在電動汽車的研制與開發(fā)上，會有更多的資金投入到大規(guī)模的新能源車的生產(chǎn)中，而這必將為中國的經(jīng)濟增長帶來巨大的推動力。

4 電動汽車無線充電技術可行性設計策略

由于目前的電動汽車技術還不夠成熟，因此在無線充電的過程中，需要對電池進行充電，但是在實際的使用中，很多用戶都不了解電動汽車，導致了電動汽車的續(xù)航時間比較短，所以我們要對電動汽車的充、放電性能以及充電效率等多方面因素進行進行綜合分析，從而確定最適合的無線充電方式。

4.1 電動汽車無線充電技術基礎及測量方法

為了確保電動汽車的無線充電系統(tǒng)的順利運行，需要對電動汽車的無線充電技術進行研究。目前國內(nèi)外的研究主要集中在電動汽車的無線電技術的實現(xiàn)上，而對其的測量方法也有很多種。

（1）無線電波檢測法。該方法是利用發(fā)射天線和接收設備之間的信號傳輸，然后通過分析電池的電壓和電流的變化來確定是否為電動汽車的無線充電。（2）磁共振成像法。該方法是基于電磁感應的原理上的一種方法，它可以用于各種復雜的電動車輛的無線充電器的設計中。但由于其工作環(huán)境的特殊性，所以在實際應用時，很難準確的判斷出所需的參數(shù)值。（3）磁流磁流變液測試法。磁流變液的性能取決于線圈的形狀、尺寸、電阻率等因素，但是這種方法的缺點在于，因為磁場的影響會使磁力線產(chǎn)生彎曲變形，從而導致了電流傳送的困難性。（4）電池的選擇：在確定了電動汽車的性能參數(shù)后，可以根據(jù)所需的功率大小來選取鋰離子動力鋰電池，同時考慮到不同的地區(qū)環(huán)境溫度的變化對鋰離子的吸收程度也會有所不同，所以在選擇鋰離子電池時要充分了解當?shù)氐臏囟群碗妷旱纫蛩?，并結合實際情況，合理地調整電池的尺寸及重量。（5）充電控制：由于目前的充電設備的技術還不是很成熟，因此要對其的充放電特性、充放量等方面的數(shù)據(jù)信息的采集必須要有一定的要求;其次，還要保證充電的效率和質量，這也是影響能否實現(xiàn)無線供電的重要原因。

4.2 充電器件選擇

充電器件的選擇是電動汽車無線充電系統(tǒng)設計中的關鍵環(huán)節(jié)，也是影響電池充電的重要因素。在充電站的選擇上，要根據(jù)電動汽車的實際情況，在保證安全的前提下，盡量降低成本，同時還要考慮到電動汽車的可擴展性和可維護性。目前，市場上的充電器件主要有以下幾種：

（1）鋰離子電池。鋰離子電池的特點在于它的體積小，質量輕，壽命長，且無記憶效應，不易產(chǎn)生過放現(xiàn)象，但由于其能量密度低，所以使用的環(huán)境要求高，對其的改進也比較困難。（2）鎳鎘鎳鎘鉛鋅鉛蓄電池。它具有較高的功率密度，容量大，重量輕，抗腐蝕性能好，價格便宜等優(yōu)點，但是蓄電能力低，放電電壓低，溫度范圍窄，對蓄電池的損壞較大，且需要定期進行更換。在電動汽車的實際應用中，充電器件的選擇直接關系到電動汽車的動力性、安全性和經(jīng)濟性。因此在進行電動汽車充電時，必須要考慮到以下幾個方面的問題： （1）充電站的容量和尺寸。為了保證在不同的負載下，能夠滿足電動車輛的需求;同時，還應根據(jù)電網(wǎng)的負荷情況，來確定是否需要增加充電站的容量;（2）充電的速度和效率。由于目前的技術水平，我國大部分的電動車都采用的是恒流圈的充電方式，所以對其功率的控制要求較高。如果提高了電池的輸出電壓，則會導致其能量的浪費以及電能的損耗;而相反，若不降低恒流圈的額定電流，則會使得其無法達到理想的峰值峰值，從而造成不必要的能源消耗。

4.3 無線充電系統(tǒng)的整體布局

無線充電系統(tǒng)的整體布局是指通過無線充電技術的設計來實現(xiàn)電動汽車在不同的環(huán)境下的充電需求。

（1）電動汽車的電池組的布局在實際的使用中，由于各種因素的影響和制約，電動汽車的電池組的容量不能滿足用戶的要求;因此，需要考慮到電動車輛的負載特性，以及電動汽車的功率和行駛里程等。同時還要注意到，隨著電力電子器件的發(fā)展與進步，為了保證電能的傳輸效率，必須要有一個合理的電路結構。目前常用的電控電源的拓撲主要有兩種：單端型、雙端型。本文所采用的是雙端型。（2）無線充電器的布局無線充電器的布局應遵循一定的規(guī)律：首先，從整個充電的角度出發(fā)，以最大限度的提高能量的利用率為目標，盡可能地減少對電網(wǎng)的沖擊;其次，根據(jù)電池的大小來確定各個部分的尺寸和形狀，從而使其能夠達到最佳的工作狀態(tài)，這樣就可以有效的降低了對設備的損壞程度延長了電池的壽命周期。

4.4 充電線圈的參數(shù)計算

電池的充電過程中，其參數(shù)主要有電壓、電流、功率以及溫度等。其中電動汽車的充放電的特性是復雜的且受外界環(huán)境的影響較大，所以在進行充電時，必須要考慮到各種因素對電池的影響程度。

（1）電壓：電動汽車的充電線圈的輸出電能量的大小與所使用的電能成正比，因此我們可以用一個電量單位表示。（2）電流：在電動汽車的充放的時候需要一定的時間才能達到要求的容量;而當負載的變化時，電瓶的輸出也會隨之改變。（3）溫度：電動汽車的充放的時候會產(chǎn)生熱量，如果將這個熱值的數(shù)值計算出來，那么就能夠得出結論，此時應該采取措施減少對電池的損害情況。（4）溫度：在實際的應用中，由于不同的地區(qū)和不同時間的溫差，會導致電池的化學反應速度的不一樣，從而使其出現(xiàn)熱損的現(xiàn)象;而對于同一個電動車輛來說，因為行駛的路程越長，就能提高其壽命的效率越多。

4.5 負載干擾

負載干擾是指電動汽車在不同的環(huán)境下，電動汽車的實際輸出功率會出現(xiàn)一定的變化而導致的電動汽車的電能消耗的現(xiàn)象;也有可能是由于電池的老化、使用時間過長或溫度過高造成的電化學腐蝕等原因，也有因為負載的改變而引起的電化學反應的影響等。在對電動車輛的無線充電系統(tǒng)進行設計時，必須要考慮到以下幾個方面的問題：

（1）當電動汽車的負載發(fā)生轉變時，就需要對其施加一個新的電壓，使其從原來的固定頻率變換到新的頻度，從而使其能夠實現(xiàn)無線充電。（2）如果沒有產(chǎn)生新的電源來滿足負載的需求則不能保證電動汽車的能量供應，因此就得要求增加額外的設備來支持。這就要通過控制電路的調節(jié)和調整。（3）當負荷發(fā)生變化，那么就應該采取相應的措施來解決。例如：將車載的供電線路改為由單節(jié)發(fā)電機供電，或者將電力線改成直流線，這樣的話可以有效的提高了傳輸效率，同時還能降低成本。

5 結語

綜上所述，目前我國電動汽車無線充電的技術還處于初級階段，需要進一步完善和提高。電動汽車的電池壽命較短，在使用過程中存在著充電效率低、能量利用率低等問題，因此在未來的發(fā)展中應重點攻克這些難題。

基金項目：2019年廣西城市職業(yè)大學校級重點科研項目“電動汽車無線充電技術可行性研究”項目編號：GXCUVKY2019A001。

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作者簡介

段佳鋼：（1974.06—），男，漢族，廣西扶綏，本科，高級工程師。研究方向：新能源汽車

李玉琴：（1983.02—），女，漢族，廣西南寧，大學本科，副教授。主要研究方向：電子科學與技術。

馬立聰：（1982，12—），男，壯族，廣西憑祥，本科，工程師。研究方向：計算機科學與技術。