无线充电技术及其在电动汽车方面的应用研究

1　引言
随着社会经济的发展。目前能源资源不断减少，而环境问题则日益严重，因此，电动汽车作为一种环保节能的新型汽车，其备受人们的关注。无线充电技术随着发展，其被广泛的应用到各种电器中，比如：手机等，不过在应用到电动汽车之后，其不仅为电动汽车能源供给提供了新方式，而且为电动汽车的持续发展提供了基础，因此，本文首先对无线充电技术进行介绍，继而针对无线充电技术在电动汽车中补偿结构进行分析，最后分析无线充电技术未来发展的趋势。
2　无线充电技术
2.1　电磁感应式
无线充电技术中的电磁感应式技术，基于松耦合变压器原理的前提条件下，发送及接收两端各有一个线圈，并通一定频率的交流电在初级线圈上，此时的次级线圈产生电流，而传输端将产生的能量输送到接收端，完成能源转移过程。不过因为没有磁芯，此过程中很大一部分磁动势无法传输到接收端， 而是散布在空气磁路上，所以一般此过程中的耦合系统不高于0.5，磁芯磁阻低于空气磁阻，故此方式的工作效率比较低。
无线充电技术的电磁感应式工作原理：首先，从电网中获取的工频交流电能源被发射端通过整流及逆变两个环节，将能源转化为高频交流电流，然后发射端将能源通过补偿电路输送到发射线圈，此时发射线圈的磁场发生变化形成高频交流磁场，二次绕组因为感应到空气气隙的交变磁通，此时的磁场发生改变形成电动势，进而通过相应的滤波及功率调整，产生电能为电池充电。虽然这汇总电磁感应式的充电技术效率比较低，但是也能够传输千瓦级功率，所以应用前景还是比较广泛。
2.2　磁耦合共振式
磁耦合共振式充电技术，其主要优势就是能够为多个设备装置提供能源，且设备装置放置的空间相比较电磁感应式更加的自由。同时充电座与待充电设备能够保持10寸的距离，如果在两者中间放置一个中继器，那么两者保持的距离还能够拉长。此外，根据一些研究表明：磁耦合共振式充电技术甚至能够隔着40mm左右的厚度进行充电，所以目前我国的磁耦合共振式充电技术研究方向主要向此方向研究。
磁耦合共振式充电技术工作原理：首先，与电磁感应同样的道理，从电网中获取能源、经过整流以及逆变两个环节，形成高频交流电，但是不同的是磁耦合共振式使系统完成此过程。之后系统将高频交流电通过放大功率和匹配抗组电路环节将能源传送到发射线圈，此时发射线圈与接收线圈的电磁频率、固有频率一致，所以此时的接收线圈内拥有最强的振荡电流，接收线圈通过滤波及电路完成充电。相比较电磁感应式充电技术，这种技术不仅传输距离大、能量损耗小，且不敏感汽车相对位置。但是这种技术的高频率在超过50cm以后，其的辐射能够影响到人体健康。
3　无线充电技术在电动汽车方面的应用
在目前的电动汽车的无线充电技术的应用中，最为常用的就是电磁感应式和磁耦合共振式两种。无线充电技术在电动汽车方面的应用中，国家财政部以及科技部等四部委提出了2017到2020年的新能源汽车推广应用财政政策的通知，其中严格规定除了燃料电池汽车之外，其他的车型标准补助都会有所下降。
3.1　电磁感应式在电动汽车中应用
随着国内对电动汽车的研究，东北电力大学的相关研究人员搭建了一个电动汽车无线充电系统，此系统保持在5.5KW左右。但是虽然无线充电技术在电动汽车中却得了成就，但是也存在一些问题：首先无线充电技术对电动汽车的充电传输距离有要求，即：最小不能小于20厘米，但是电磁感应式技术的传输距离最大不高于15厘米，所以一些研究学者针对此项问题研究分析，并提出利用脉宽调变控制，促使电动汽车的传输距离控制在12-20厘米左右。另外针对这些问题，一些新西兰的研究人员，通过线圈直径增大的方式，有效的实现了无线充电技术传输距离20厘米的距离突破。除此之外，在磁芯线圈参数的设置中，设计人员需要重视系统传输、空间大小、成本等方面的合理设计，所以目前大功率高效率等系统设计还是无线充电技术的一难题。不过西南大学的一些研究人员，提出了一种磁芯的新结构，这种结构能够提高系统运行的稳定性。而美国的树林实验室则是通过采用方形圆角线圈结构实现了无线充电技术的千瓦级别无线传输目的。
3.2　磁耦合共振式在电动汽车中应用
相比较电磁感应式充电技术，磁耦合共振式充电技术优势比较突出，但是取得缺点也比较突出。其主要就是频率失谐和分裂问题，为解决此问题，华南理工大学的研究人员认为失谐造成的原因就是外界电磁场、温度、系统传输距离等方面的影响变化，让等效电感应产生变化。因此，提出对输入端电压电流的多次检测数据记录、对比，了解误差电压，进而通过误差电压控制调节压控振荡器，让系统得以磁耦合共振状态。另外国外KIMNY等技术研究人员研究之后，提出了扰动分析法，首先分析初始工作频率，只有通过步长迭代，然后寻找一定的工作频率，这种工作频率寻找的前提条件是能够满足传输频率。除此之外，对频率分类分析，哈尔冰工业大学研究人员通过不同参数线圈的设计试验得出，只有让系统无法产生频率分裂的条件，就能够解决频率分裂问题。
而国外的BEHTC研究人员则是提出采用自动匹配阻抗方法，将分裂后的工作频率调整到13.56MHz，以便在此频率下的系统能够提高传输效率。
4　无线充电技术未来发展趋势
为了进一步的实现无线充电技术在电动技术的优化，未来的发展需要趋向于以下几方面：首先，智能化。随着当下我国智能化技术水平的不断提升，未来的无线充电技术应充分考虑到多辆电动汽车同时无线充电、能量加密的问题，促使电动汽车需要多少电力能源充多少电力能源。与此同时，在电动汽车的智能化发展中，还应注意到智能导航系统的研发，以便提高电动能源汽车与发射装置位置的保持，提高电能使用效率。其次，在电动汽车的发展中，应注意采用一些节能环保的新型材料，让电动汽车能够提高系统传输功率、传输效率，进而增加传输距离。
5　结语
综上所述，无线充电技术及其在电动汽车方面的应用研究中，无线充电技术相比较有线充电，更加便利、安全，且更容易维护。同时主要的无线充电技术主要有电磁感应式和磁耦合共振式两种技术在应用中的问题及解决方法进行总结，希望通过本文研究，能够为无线充电技术发展及其在电动汽车方面的应用提供帮助。