电动汽车无线充电技术可行性研究

电动汽车无线充电技术可行性研究

罗兵、 付强、 周爱明

宜昌市三新供电服务有限责任公司

摘要：目前，电动汽车的发展主要是基于传统的内燃机和电池。其中，电动汽车的技术核心是能量转换、驱动电机控制和储能控制系统。在能源短缺的情况下，为了缓解石油危机，世界各国都启动了新的电动汽车项目，并将其作为未来的重点研究方向。

关键词：电动汽车；无线充电；技术；可行性

1电动汽车无线充电技术可行性研究方向

首先，电动汽车无线充电技术是一个新兴领域和新的发展方向。目前对电动汽车无线充电技术的研究较少，主要集中在电动汽车的功率密度、电池容量和充放电效率等方面。其次，随着中国能源短缺问题的日益严重，国家也开始大力支持研发；电动汽车的研发和推广，这就要求我们加快电动汽车的商业化进程，解决充电成本和时间等一系列问题；最后，为了提高电动汽车的续航能力，相关部门也提出了许多鼓励使用新型储能装置的政策。例如，可以通过增加充电桩的数量来实现这一目标，这可以有效缓解当前的交通压力。因此，从长远来看，未来几年，中国将投入更多资金用于电动汽车的研发，生产大型新能源汽车，这将为中国经济增长带来巨大的推动力。

2电动汽车无线充电技术可行性设计策略

2.1无线充电技术

2.1.1电感耦合

感应耦合技术属于一种无线充电技术。它基于松耦合变压器的原理。在发送和接收的两端都有一个线圈，一定频率的交流电将通过初级线圈。此时，次级线圈将产生相应的电流，发射端将产生的能量传输到接收端，从而实现能量的转移。然而，由于没有磁芯，在能量传递过程中，很大一部分磁动势不能传递到接收端，而是分散在空气磁路上。因此，在能量传递过程中，耦合系统在0.5以内，磁芯的磁阻低于空气的磁阻，因此这种无线充电方法的效率不是很高。感应耦合无线充电技术的主要原理如下：首先，发射端将从电网获得的工频交流能量通过整流和逆变转换为高频交流电流，然后发射端通过补偿电路将能量传输到发射线圈。此时，发射线圈的磁场将发生相应变化，形成高频交流磁场，因为二次绕组在气隙中感应交变磁通量，磁场将发生相应变化，然后形成电动势。通过过滤和功率调节，可以产生一定的电能，使电池充电。电磁感应无线充电技术在实际应用中效率较低，但也能传输千瓦级功率，其应用前景仍然广阔。

2.1.2耦合共振能量传输

耦合谐振无线充电技术的工作原理与电感耦合技术基本相同。主要区别在于耦合共振能量传输类型。在初级线圈和次级线圈中使用相同的谐振周期，即谐振。通过将发送环和接收环的频率设置为相同的值，然后在接收端产生电流，可以进行能量传输。与感应耦合无线充电技术相比，耦合谐振型的输出功率更低，传输距离也更长，充电时效率更高。在实际应用过程中，可以实现中远程传输，最长距离可达几米。能量的发送端和接收端都可以采用密封结构。即使在暴雨、降雪等恶劣天气下，这种无线充电方式也具有很高的可靠性和安全性。感应充电和感应充电的唯一区别在于，它们可以满足精确充电的要求。感应充电和感应充电的唯一区别是充电范围非常大。因此，耦合谐振能量传输充电方法可以充分实现新能源电动汽车在正常条件下的充电寿命功能。然而，这种方法会损失大量能源，需要不断改进。

2.1.3微波能量传输技术

微波能量传输无线充电技术的主要工作原理是将车辆运行过程中产生的电能转换为微波信号，然后借助相应的发射装置实现信号传输，并通过转换装置将其转换为微波信号，最后将转换过程中产生的电能储存到车辆的电池中。与上述使用1.2GHz波长的无线充电方法相比，它比无线充电方法具有明显的优势。但是，它只能在1.2GHz的充电距离内使用无线充电技术，可以用于无线充电。然而，这种充电方式也存在一些缺点，即输出功率相对较低，微波能量传输速度相对较慢，频带相对狭窄。因此，微波能量传输的充电效率低于40%，远低于其他两种无线充电技术。因此，这种无线充电技术不适合大规模推广。

2.2无线充电系统总体布局图

无线充电系统总体布局是指设计无线充电技术，以实现电动汽车在不同环境下的充电需求。

（1）在实际使用中，由于各种因素的影响和制约，电动汽车电池组的容量不能满足用户的要求；因此，有必要考虑电动汽车的负载特性，以及电动汽车的功率和里程。同时，应该指出，随着电力电子器件的发展和进步，为了保证电能的传输效率，必须有一个合理的电路结构。目前常用的电控电源拓扑有单端和双端两种。本文采用双端式。（2）无线充电器的布局无线充电器的布局应遵循一定的规律：首先，从整个充电的角度来看，目标是最大限度地利用能源，尽可能减少对电网的影响；其次，根据电池的尺寸确定各部件的尺寸和形状，使其达到最佳工作状态，从而有效减少对设备的损坏，延长电池的使用寿命。

2.3充电线圈参数计算

在电池充电过程中，其参数主要包括电压、电流、功率和温度。电动汽车充放电特性复杂，受外部环境影响较大，充电时必须考虑各种因素对电池的影响。

（1）电压：电动汽车充电线圈的输出电能与使用的电能成正比，因此我们可以使用一个单位的电能。（2）电流：电动汽车充放电需要一定时间才能达到所需容量；当负载改变时，电池的输出也会改变。（3）温度：电动汽车在充电和放电过程中会产生热量。如果计算了热值，可以得出结论，应采取措施减少对蓄电池的损坏。（4）温度：在实际应用中，由于不同地区、不同时间的温度差异，电池的化学反应速度会不同，导致热量损失；对于同一辆电动汽车，行驶距离越长，效率越高，使用寿命越长。

2.4负载干扰

负载干扰是指电动汽车在不同环境下的实际输出功率发生一定变化，导致电动汽车电能消耗的现象；也可能是由于电池老化、使用时间过长或温度过高引起的电化学腐蚀，以及负载变化引起的电化学反应的影响。在设计电动汽车无线充电系统时，必须考虑以下几个方面：

（1）当车辆需要从原来的电压更改为新的频率，以便可以无线充电时。（2）如果没有新的电源来满足负载的需求，电动汽车的能源供应就无法得到保证，因此必须需要额外的设备来支持。这是通过调节和调节控制电路实现的。（3）当负荷发生变化时，应采取相应措施加以解决。例如，将车载电源线改为单台发电机或将电源线改为直流线可以有效地提高传输效率并降低成本。

3无线充电技术的未来发展

首先是智力。目前，我国的智能技术水平正在逐步提高。在未来无线充电技术的发展过程中，需要同时考虑多个电动汽车的无线充电和能量加密，从而更好地为电动汽车补充电能。此外，在电动汽车研发过程中，还必须注重智能导航系统的研发，确保电动汽车与发射装置的位置一致，从而提高电能的利用效率。第二，节能。在发展无线充电技术的过程中，我们还必须注意使用更节能、更环保的新材料，从而提高电动汽车的传输效率，有效地增加传输距离。

结论

与传统电动汽车充电技术的发展趋势相比，有线充电技术在未来更加方便。本文主要分析了三种无线充电技术，并分析了它们的优缺点。此外，还分析了无线充电技术在电动汽车不同场景中的应用，并简要介绍了无线充电技术的未来发展。

参考文献：

[1]邱兴阳，梁锋林，郑维清，郑德山.微型电动汽车动态无线充电技术的研究[J].辽宁工业大学学报(自然科学版)，2021，41(02)：99-104.

[2]邓明阳，郭应时.电动汽车插补耦合无线充电技术的研究[J/OL].重庆交通大学学报(自然科学版)：1-6.

[3]李聪华.新能源电动汽车充电技术开发应用探讨[J].电力设备管理，2021(03)：167-168.

[4]齐丽媛，熊江，王瑞，武娟.电动汽车无线充电研究进展[J].电池工业，2021，25(01)：46-49.

[5]王赢聪.电动汽车新型无线充电策略的动态建模与效率优化[J].浙江电力，2021，40(01)：87-94.