电动汽车无线充电技术介绍第一部分

“无线充电器”。“电动汽车”。两个被广泛讨论的概念。将它们放在一个句子中，例如“让我将电动汽车连接到无线充电器?” 没那么多。

今天几乎所有的电动汽车都使用传导充电，但仍然存在挥之不去的担忧。安全是一个潜在问题，尤其是在潮湿条件下。家用 110V 或 220V 系统最多需要 10 小时才能为 EV 充满电。公共快速充电站有更多可用电量，可以在更短的时间内为电动汽车充电，但它们占用大量空间，设备可能被盗。此外，快速充电器会降低电池寿命。

无线充电在低功耗消费应用中已经存在多年——无线剃须刀随处可见，电动牙刷自 1990 年代初就开始使用它。甚至医疗领域也在使用无线充电进行皮下植入物。

在汽车领域，无线充电是 GM EV1 的一项功能，这是主要制造商的首款量产电动汽车。EV1 以及数百辆第一代丰田 RAV4 EV 和雪佛兰 S10 EV 使用符合 J1773 标准的桨通过感应充电。

有三个充电级别。车辆本身包括一个 1.2kW 1 级充电器，该充电器使用标准的 120V 插座。它可以充满电，但需要长达 14 小时;它的主要目的是提供快速充电，让车辆回家或到商业充电站。

对于家庭安装，2 级充电器提供 6.6kW，但需要 208-240vac 电源。将 EV1 充满电需要 8 个小时，尽管它可以在一到三个小时内达到 80% 的电量。

不幸的是，对于 J1773，2001 年加州空气资源委员会 (CARB) 决定将 J1772(一种导电(有线)充电接口)作为加州电动汽车的标准，导致其消亡。

在那之后，无线充电的进展一直很缓慢，尽管自 1997 年丰田普锐斯推出以来，电动汽车已经成为主流汽车领域的一部分。

不过，现在，未来看起来更加光明。Navigant Research在其研究报告“电动汽车无线充电系统”中预测，2013 年至 2022 年，全球轻型汽车无线充电设备的销售额将以 108% 的复合年增长率 (CAGR) 增长，实现2022年的年销量略低于302,000辆。

不过，让我们不要太兴奋。为了在 2022 年实现超过 100% 的复合年增长率，预测需要从 2013 年 400 辆的微小起点开始，这一年纯电动汽车的销量约为 110,000 辆。

尽管在市场上进展缓慢，但无线充电有几个理想的特点：

· 充电过程简单、自动，无需司机输入

· 与有线系统相比，它具有抗破坏性，甚至可以安装在车库表面下方

· 不需要接触，也没有暴露的电气连接

· 对车辆的影响小——安装的设备小而轻

· 新设计效率高，媲美有线充电

无线充电原理

电动汽车的无线充电使用近场充电 (NFC)：发射线圈产生磁场，通过感应将能量传输到附近的接收线圈。发射器线圈产生的穿过接收器线圈并有助于功率传输的磁通量部分是两个线圈之间距离的函数。传输效率取决于线圈之间的耦合 (k) 及其品质因数 (Q)。

紧耦合系统提供了最有效的功率传输，但代价是对线圈错位的高度敏感。此类系统在发射器和接收器在几毫米范围内的手机等消费应用中很受欢迎。电动汽车无线充电需要在线圈对齐方面具有更大的灵活性和更长的范围，因此它使用具有谐振接收器-发射器组合的系统。这允许更松散的耦合，但效率较低。 如果两个高 Q 谐振器放置得非常接近，使得它们之间存在耦合，则谐振器可以交换能量。

发生器输出幅度为 Vg、频率为 ω 的正弦电压，输出电阻为 Rg。源(发射器)和设备(接收器)谐振器线圈由电感器Ls 和Ld表示，通过它们的互感M耦合，其中M = k √ ( LsLd )。

谐振器由线圈和电容器串联构成。Rs 和Rd 是各个谐振器的线圈和谐振电容器的寄生电阻。负载由等效交流电阻RL表示。

最大功率传输效率 (PTE) 出现在谐振频率，并且是两个线圈电磁耦合的函数。当源阻抗和设备阻抗匹配时，它们之间的功率传输 (PT) 就会发生。如果两个线圈强耦合，则 PT 随频率而变化，在谐振频率之上和之下具有双峰。

PTE和PT不能同时优化;EV 充电器设计通常侧重于首先提高 PTE，然后使用自适应阻抗匹配等技术来提升 PT。