电动汽车无线充电原理及应用分析

【摘要】随着经济的快速发展，节能、低碳和环保经济成了社会发展的需要，电动汽车受到了广泛的关注，而无线充电技术是未来电动汽车供电技术的发展趋势。本文介绍了三种常用的无线充电技术：电磁感应、微波、磁耦合共振，并分析了三种无线充电的工作原理、存在的问题及实用化前景。

【关键词】电动汽车;无线充电;电磁感应;微波;磁耦合共振

一、引言

自电动汽车产生以来，为了让车主感觉更加方便、安全，高新技术和便捷服务已经被广泛应用，很多知名的汽车制造商和能源企业建造了跟传统加油站类似的充电桩和换电站。在日本、美国、德国，包括中国在内等地区都开始配置充电设备的充电桩和换电设备的换电站。无论是充电桩还是换电站都属于接触式充电范畴，它们都需要充电插头和电线来进行电能的传递。但无线充电则不需要这些连接装置，它是利用交变电磁场和无线电波来传递电能，因此不需人来插拔插头，同时节省电线材料，无触电危险，在恶劣天气环境下使用性强，很便于在停车场和车库大面积推广。因此，电动汽车无线充电受到很多汽车制造商的青睐，相关技术的研究和应用在世界发达国家已经开始开展。

二、无线充电技术

无线充电技术应用在电动汽车上主要有三种：电磁感应法、微波法、磁耦合共振法。其中电磁感应法利用线圈间产生的电磁感应现象进行电能传输;微波法利用天线发射和接收微波进行电能传输;磁耦合共振法利用共振电路之间的共振现象进行电能传输，下面分别进行分析介绍。

（一）电磁感应法

此原理与电力系统中常用的电力变压器原理类同。在变压器的一次线圈通入交变电流，二次线圈会由于电磁感应原理感应出电动势，如果二次线圈电路闭合，即可有感应电流出现，电流方向的确定遵从楞次定律，其大小可由麦克斯韦电磁理论解出。相对于无线输电而言，变压器的一次线圈相当于电能发射线圈，二次线圈相当于电能接收线圈，这样就可以把电能从发射线圈无线传输到接收线圈。工作原理如图1所示。

该电能传输系统是将发射电能的一次线圈埋藏在地下，接收电能的二次线圈安装于车底部，两线圈之间空隙的大小会影响充电系统的效率。

（二）微波法

要想实现电能长距离的无线传输，则可使用微波的传输方式。由于微波的波

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

电动汽车无线充电系统设计

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汽车工程学院专业新能源汽车应用技术专业班级学生姓名学号指导教师李兵年月

设计题目电动汽车无线充电系统设计课题简介随着社会的进步、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。课题目标与任务任务：1、能够满足电动汽车无线充电系统的实际需求。2、设计高效合理的电动汽车无线充电系统，设计的无线充电系统应能够监控电压，电流以及温度等数据。3、设计有效、低成本的电动汽车电源管理系统，该系统应具有相应的故障报警系统，能够准确迅速对故障进行处理或警报等功能。目标：通过对电动汽车无线充电系统设计，促进学生掌握电动汽车无线充电系统电路设计方法，学会调查研究各项电动汽车无线充电电路的工作原理，完成毕业设计方案撰写，要求学生能够运用在校所学的基本知识、基础理论、技能与方法等，研究和探讨电动汽车无线充电系统电路中的相关问题，对实际电动汽车无线充电系统电路设计工作做出具体计划，并在撰写实践中提高分析和解决实际问题的能力，提升创新意识和专业综合素质，提升语言能力与文字能力。同时，促进学生进一步提高独立思考、自主学习的能力；获取信息的能力，设计电动汽车无线充电系统电路的能力；自我评价、控制等能力。实施步骤和方法 1.确定选题：收集资料，了解电动汽车无线充电系统需求，进行分析，了解所需知识与元器件使用要点，选定设计题目； 2.现场调查：制作调研表格，现场调查了解项目背景，对项目进行初步分析并收集相关数据和资料 3.统计分析与论证：统计分析项目各项数据，进行数据变量分析，撰写调研报告，提出设计的主要思路。 4.毕业设计方案设计：根据电动汽车无线充电系统的要求，运用所学电子电路知识，设计电动汽车无线充电系统电路。 5.撰写设计文档：按照学校要求与教育厅要求，对策划方案整理成相应格式的文档（包括毕业设计任务书、毕业设计设计方案、毕业设计作品、毕业设计成果报告） 6.设计文档答辩：经过指导后进行修改，并参加答辩。

电动汽车无线充电系统快速充电要求

电动汽车无线充电系统快速充电技术规范 1范围本标准规定了电动汽车无线充电系统的电能传输要求、接口要求、安全要求。本标准适用于交流输入标称电压最大值为1000 V，直流标称电压最大值为1500 V的静态磁耦合电动汽车无线充电快速充电设备。 2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 156 标准电压 GB 4208 外壳防护等级(IP代码) GB 4943.1 信息技术设备安全第1部分：通用要求 GB/T 7251.7 低压成套开关设备和控制设备第7部分：特定应用的成套设备--如码头、露营地、市集广场、电动车辆充电站 GB 16895.3 建筑物电气装置第5-54部分:电气设备的选择和安装接地配置、保护导体和保护联结导体 GB 16895.21 低压电气装置第4-41部分: 安全防护电击防护 GB-T 27930电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议 ICNIRP 2010 限制时变电场和磁场曝露的导则（1Hz—100kHz）（For limiting exposure to time-varying electric and magnetic fields（1Hz—100kHz）） T/CSAE XXXX-XXXX 电动汽车无线充电系统慢速充电技术规范 3术语、定义 3.1术语和定义 3.1.1 原边设备 primary device 能量的发射端，产生交变磁场与副边设备耦合的设备，包括封装和保护材料。 3.1.2 副边设备 secondary device 能量的接收端，安装在电动汽车上与原边设备发生耦合的设备，包括封装和保护材料。 3.1.3 无线电能传输 Wireless Power Transfer (WPT) 调整具有标准电压和频率的交流电源的电流，将电能以交变磁场的方式从原边设备传输至副边设备。 3.1.4 电动汽车无线充电 Electric Vehicle Wireless Power Transfer (WPT)

电动汽车电池管理及无线充电技术课程报告

2017 年春季学期研究生课程考核（阅读报告、研究报告）考核科目:电动汽车电池管理及无线充电技术学生所在院电气工程及自动化学院）:（系程表工仪学生所在学科:器仪生姓赵航宇学:名70109S学 161号:应学生类别:用型阅卷果人结考核

电动汽车的无线充电技术调研学习报告赵航宇院（系）：电气工程及自动化学院专业：仪器仪表工程学号：16S101097 指导教师：朱春波魏国 2017年3月概述第一章电能是我们日常生活中不可或缺的能源之一，我们日常生活中具有电池的装置有很多，手机、pad等电子设备快速发展，这些都是需要时常充电的设备，无线充电技术对电池设备的方便使用有着重要的作用，当前无线充电技术的发展中，机遇与挑战并存，把握相关关键技术，促进无线电技术的发展，为人类社会做贡献是当前相关研究人员的重要任务。无线充电技术指的是，电池设备在充电过程中不借助电能传送导线，利用电磁波感应原理或者其他相关的交流感应技术，在电能的发送和接收处安装相应的设备，通过设备发送和接收产生的交流信号给设备进行充电的一种新型充电技术，无线充电技术实现了不用电源线给设备进行充电，极大地增加了充电的便利性，当前无线充电技术的应用还不够广泛，在其发展的过程中有机遇也有挑战，我们应当积极了解无线电技术的发展和相关关键技术。 1831年，迈克尔法拉第发现了电磁感应现象，通过实验研究发现，电磁通量的变化会产生感应电动势，从而产生一定的感应电流，电磁感应现象的发现对无线充电技术的产生有着重要的指导作用。 19世纪90年代，尼古拉特斯拉提出了无线电力传输的构想，这也是人类第一次

的无线电力传输思想，所以人们称之为无线电能传输之父。特斯拉在构想中将地球作为内导体，外导体是地球外的地球电离层，在内导体和外导体之间建立低频共振的径向电磁波振荡模式，从而实现表面电磁波传输能量。特斯拉的大胆构想虽然因为财力等各种原因没有实现，但其无线电力传输的思想对之后无线传输技术的发展有着重要的启蒙作用。进入21世纪以来，便携类电子产品逐渐深入到人们的日常生活中，无线充电技术随着电子产品的广泛应用得到了快速发展，各种无线充电产品的出现满足了人们日常设备的充电需要，例如各研究机构和公司研发的无线充电手机、便携式电脑等。无线充电相关关键技术也取得了长足的进步。无线充电技术解决电动汽车发展难题第二章受动力电池容量的限制，目前 EV 的续驶里程较短,电池充电站的建设成为制约EV 应用和发展的最大瓶颈。为此，各国均大力进行充电站建设来推动EV的应用，如美国计划建设800万个充电站；日本计划于 2012在东京建成1 000个充电站。无线充电技术将是未来电动车充电的主要方式。当前电动汽车主要的充电方式有3种，分别是普通充电的充电桩快速充电的充电站以及可更换电池的换电站。但是这 3 种方式都有一定的弊端。普通方式充电多为交流充电，电压 220 V 或380 V，一次需要 8～10 h才能充满，一个有 10个位置的电站一天充 30 辆汽车，10 万辆汽车需要大量充电站，将占用大量用地。快速充电方式多为直流充电，一次充电需要 10～20 min。数据显示，把 35 kWh的电池充电完毕大约需要 250 k W 的充电功率，一次快速充电消耗的电能是一栋办公大楼用电负荷的 5倍。一个充电站开 4个充电机，功率就达到“兆瓦”级，快速充电对城市电网的冲击非常大。动力电池的电气充电方法包括接触式充电和无线充电。接触式充电采用插头与插座的金属接触来导电；无线充电或称无线供电（WPT）是以耦合的电磁场为媒介实现电能传递。对于 EV 用WPT，即将变压器原、副边绕组分置于车外和车内通过高频磁场的耦合传输电能。与接触式充电相比，WPT 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。由于动力电池组输出电压较高，带来的安全隐患较多，高安全性、方便性是人们早期关注汽车 WPT 的主要原因。随着研发的深入, 人们认识到WPT 便于实现无人自动充电和移动式充电，在保证所需行驶里程的前提下，可通过频繁充电来大幅减少 EV 配备的动力电池容量，减轻车体质量，提高能量的有效利用率；并有助于降低 EV 初始购置成本，解决其受制于大容量电池的高成本问题，推进EV 的市场化。一般来说，实现无线充电主要通过 3 种方式，即电磁感应、电磁共振和无线电波。电磁感应原理的应用受制于过短的供电端和受电端距离,而另外 2 种方式则可能突破这一制约。国外对 EV 用 WPT 技术的研究已经取得了较好的成果。相比于接触式充电器，两者的 PFC（功率因数校正）技术、动力电池充电控制及单体电池电压均衡技术基本相同；不同点在于非接触变压器的设计、变换器拓扑

1 《电动汽车无线充电系统第1部分通用要求》编制说明

广东省地方标准电动汽车无线充电系统第1部分通用要求 Electric vehicle wireless power transfer system Part1:General requirements （征求意见稿）编制说明 2015年10月

一、任务来源本标准由广东省质量技术监督局于2015年7月14日批准立项（粤质监标函〔2015〕402号），立项名称为《电动汽车无线充电系统第1部分：通用要求》，由中兴通讯股份有限公司、深圳市标准技术研究院、深圳奥特迅电力设备股份有限公司、比亚迪汽车工业有限公司、广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院、广州能源检测研究院、深圳市科陆电子科技股份有限公司、深圳市佳华利道新技术开发有限公司、广东省中山市质量技术监督标准与编码所、华南理工大学、普天新能源（北京）联合起草。本标准由广东省电动汽车标准化技术委员会提出并归口。二、编制背景、目的和意义我国处于电动汽车无线充电技术研究、产品开发、应用推广3个方面的国际领先地位，但标准化落后，有必要尽快实现“有标准可依”。我国已经进行电动汽车传导式充电和换电的标准化工作，无线充电作为向电动汽车提供能量的第三种方式，其标准化工作在还没有开展，这与我国的技术和产业领先地位不匹配。电动汽车无线充电应用具有特殊优势，标准化是其推广发展的前提条件。无线充电系统可用于电动汽车在车库、停车场、充电站等场所的无人值守自动充电，大幅提升土地使用效率，构建电动汽车充电公共服务设施建设和运营的新模式，加速实施我国新能源汽车发展战略。对于已经投身于汽车无线充电系统开发和应用的车企、设备商、电力企业、运营企业、用户来说，无标准可依的状态阻碍了无线充电技术在电动汽车领域的应用推广。本标准的编写有助于创新型城市在标准创新层面有所成就。助力相关产业规模化发展、产业集群协同进步，创造更好的经济效益。本标准规定了电动汽车无线充电系统的总体要求，并规定了标准体系架构。三、编制思路和原则（一）编制思路

电动汽车动态无线充电关键技术研究进展任建云

电动汽车动态无线充电关键技术研究进展任建云发表时间：2018-04-17T16:56:43.717Z 来源：《电力设备》2017年第32期作者：任建云1 李亚丽2 [导读] 摘要：近年来，人们对汽车的需求不断增加，电动汽车也在不断发展。（1.国网山西省电力公司山西太原 030001；2.国网山西省信通公司山西太原 030001）摘要：近年来，人们对汽车的需求不断增加，电动汽车也在不断发展。我国电动汽车充电上主要是接触式充电，同时无线充电技术也在不断发展。现今无线充电技术以静态为主，而其动态的充电方式作为对静态的一种完善及补充符合未来电动汽车对无线充电的要求，并且有利于电动汽车的推广，使其充电更加便捷。我国对于动态无线充电技术相关结构一直在不断地进行研究，但是受多方面因素的影响，此种充电形式在发展中还有许多限制及阻碍，这些瓶颈需要相关人员针对其特点进行解决，从而使动态无线充电技术可以得到良好的发展及高效的应用，进而为电动汽车绿色出行提供发展空间。关键词：电动汽车；动态无线充电技术；现状；发展引言节能减排技术以及新能源技术的应用是当今低碳经济的核心。将电动汽车代替传统汽油机动车，以此使环境污染和能源短缺问题得到有效的解决，同时这也是我国战略性的新兴产业。电动汽车要想被广泛的推广和应用，首先就必须建立相应的充电设施。随着新能源产业的不断发展，特别是电动汽车运用得越来越广泛，对于电动汽车充电方式的多样性和方便性的要求越来越高。无线充电技术是一项新兴技术，现阶段，普遍运用在手机、MP3等小功率设备上，在电动汽车的领域并没用被实际运用，只是一个全新的概念。随着不断完善的无线充电技术，其市场潜力也逐渐凸显了出来。 1电动汽车动态无线充电技术的特点及种类 1.1无线充电技术在电动汽车充电中应用的特点无线充电技术主要是利用无线电能传输技术来进行无接触式充电，并且此种技术在应用中可以突破接触式充电中需要面对的接口限制，并解决传统充电模式中存在的安全问题，在应用中较传统的充电方式更加成熟，这种非接触的电能传递方式可以提高充电效率并简化充电流程。 1.2无线充电技术的分类 1.2.1电磁感应式无线充电技术其利用松耦合变压器原理，发送端和接收端各有一个线圈，初级线圈上通一定频率的交流电，次级线圈中产生一定电流，将能量从传输端转移到接收端。由于无磁芯，耦合系数一般低于0．5，空气磁阻远大于磁芯，很大一部分磁动势将分布在空气磁路上，故效率低。工作原理：发射端从电网获取工频交流电经过整流和逆变被转化成高频交流电，通过补偿电路到发射线圈，并产生高频交变磁场，二次绕组感应空气气隙内的交变磁通产生感应电动势，同时经过整流滤波以及功率调节，实现电池充电。反馈电路对输出量采样，把采样信号反馈给控制单元，去控制频率或驱动信号等。这种充电方式工作频率相对较低，可实现千瓦级功率传输，近距离传输效率在90％以上，所以应用前景广泛。 1.2.2磁共振充电技术在应用磁共振上需要具有以下几个部分，电源、输出、接收及整流器等，根据其技术特点可以得知此种技术在实际应用中与电磁感应基本相同，也是在充电过程中将电源电流转换为交变磁束进行传输接收，而与电磁感应式充电不同的是其在实际中为了达到共振频率的可控性会采用可控电路及高频驱动电源对其进行调整，同时采用兼备线圈及电容器来提高电力传输及接收的单元性能。 1.2.3微波充电这种充电方式主要是应用电波发生装置进行电力的输送，此装置的频率为2.45GHz的微波频率，与磁控管的原理大致相同，在微波传送中，其应用的主要为交流电源，但是可以在传输的过程中应用整流电路来对电流进行转换，使其转换为直流电来进行充电，但是在此种无线充电技术的应用中需要注意屏蔽装置的设置，以免在充电的过程中出现微波泄露的情况，可利用金属屏蔽装置来改善这一问题。 2动态无线充电技术在发展中遇到的问题 2.1高性能耦合机构设计问题与单极性长线圈型导轨相比，双极供电导轨具有功率密度高、尺寸紧凑、侧移适应性强、对轨道两侧磁场暴露水平低等特点，且地面施工难度小、磁极磁芯用量少、施工成本低，适合大规模工程应用，但是双极性导轨磁场分布不均匀，存在耦合零点问题，造成能量传输不连续，不仅影响系统稳定性，还会降低能量传输功率与效率，还需要对其结构进行进一步优化设计，提升动态无线供电平均传输效率与平均传输功率。 2.2动态无线充电技术电磁兼容效果不佳电磁兼容作为动态无线充电技术中重要的环节，关系着无线充电系统在实际应用中的效率，电磁兼容问题影响着电能传输，并且在实际中其兼容效果不佳可能会造成电能系统整体受到干扰，出现电能传输不稳定的情况，同时电磁兼容问题也与人们的身体健康有着一定的关系。为此，在实际中必须要解决其存有的兼容问题才能使动态无线充电系统装置高效、稳定地运行，保证在动态无线充电过程中具有较高的可靠性。目前对于其电磁兼容效果不佳的问题主要研究方向为如何通过有效的技术手段来使电磁兼容所产生的影响在最小的范围内，进而保证系统整体的安全性及可靠性。 2.3能量传输鲁棒控制问题双极型供电导轨动态无线供电系统中，由于耦合机构相对位置变化、分段导轨间磁场的不均匀分布、路基介质不同等多参数扰动的影响，能量传输处于快速非线性变化过程，如何提高系统稳定性，提升系统响应速度成为动态无线能量传输系统控制策略的研究目标。 3电动汽车动态无线充电技术 3.1磁耦合机构设计与优化现有的动态无线供电导轨大致分为以下几类：分立形式的连续单线圈结构、矩形长线圈型与双磁极型。双磁极型供电导轨将磁通路径从以往与车辆行进方向垂直改变为沿车辆行进方向，以其功率密度高、尺寸紧凑、施工难度小、对轨道两侧磁场暴露水平低、侧移适应性

电动汽车的结构原理

电动汽车的基本结构电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。 1.电源电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。 2.驱动电动机驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有"软"的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（S R M）和交流异步电动机所取代。 3.电动机调速控制装置电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电

无线充电技术简介

无线充电技术无线充电技术（Wireless charging technology；Wireless charge technology ）。无线充电技术，源于无线电力输送技术。无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合，由供电设备（充电器）将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。[1] 概述麻省理工学院的研究团队在2007年6月7日美国《科学》杂志的网站上发表了他们的研究成果。研究小组把共振运用到电磁波的传输上而成功“抓住”了电磁波。他们利用铜制线圈作为电磁共振器，一团线圈附在传送电力方，另一团在接受电力方。当传送方送出某特定频率的电磁波后，经过电磁场扩散到接受方，电力就实现了无线传导。这项被他们称为“无线电力”的技术经过多次试验，已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。这项技术的最远输电距离还只能达到2.7米，

但研究者相信，电源已经可以在这范围内为电池充电。而且只需要安装一个电源，就可以为整个屋里的电器供电。共振原理麻省理工学院的科研组不是第一个提出无线能量转换的组织。科学家早在19世纪就发现了电磁转换现象，从理论上说，电力可转化为通过无形的介质传播的电磁波，实现电力的无线输送。但是电磁波向四面八方辐射，能量大量散失，因此“无线输电”的研究始终进展不大，19世纪的物理学家和工程师尼古拉·特斯拉进行了远程无线能量转换系统实验，但是当他的财力用尽后，这项最有野心的尝试(29米高的瓦登克莱弗塔)宣告失败。其他尝试包括激光等定向能量转换机制。然而，它们与麻省理工学院的工作不同，这些都需要连续的可视线路，这对住宅周围的电力设施不好。无线充电技术给两个手机无线充电[2] 研究组成员，助理教授马林·索亚克教授和他的科研组正在改进这个设备。“这是一项还未得到发展的系统，它证明能量转换行得通。但

电动汽车无线充电方案

电动汽车无线充电技术方案北京中诺电力工程有限公司年月日

目录一、背景概述 (3) 1、研发背景 (3) 2、产品定位 (3) 二、产品方案功能介绍 (3) 1、设计理念 (3) 2、系统拓扑图 (4) 3、系统构架描述 (4) 4、系统功能介绍 (4) 5、产品方案规格 (5) 三、产品方案应用介绍 (5) 1、应用模式 (5) 2、应用流程 (5) 3、应用环境 (6) 四、产品方案特性介绍 (6) 1、技术特性 (6) 2、应用特性 (6) 3、系统特性 (6) 五、产品方案技术介绍 (7) 1、相关技术 (7) 2、技术指标 (7) 六、实施运维方式说明 (7)

一、背景概述 1、研发背景随着地球环境越来越恶劣，资源越来越匮乏，世界各国都在不断地为日益严重的环境问题大规模投资着，节能环保问题就这样被世界所提倡，使用清洁再生能源和环保材料是节能环保主题下的主要方式，针对目前汽车尾气造成的大气污染，资源短缺问题，各大汽车公司厂商都在积极推动新的技术变革，电动汽车就应运而生了。再给人民提供生活出行方便的同时，倡导低碳环保，节能减排，可持续性发展的道路。那么給电动汽车的供电产品就必不可少，大力发展汽车充电桩普及充电桩网络和新技术的运用就成为发展和推广电动汽车非常重要的环节。 2、产品定位产品的主要供电方式为太阳能及并网市电，通过无线发射线圈給电动汽车供电，能够快速的给电动汽车充电，首次采用低压高功率动态充电技术，在提高电压快速充电安全上提供了绝对的安全保障，同时汽车的磁感应接收端植入了一颗通信芯片，利用手机接收信号app 可以连接汽车，以此来追踪汽车的安全和防盗二、产品方案功能介绍 1、设计理念针对国内已有的电动汽车充电桩的不足和安全考虑，还有节能环保问题，综合来看：目前电动汽车迫切需要一个高效安全节能又环保使用更方便的充电桩，无线充电正好具备以上多个功能要求，在多个技术问题解决后，整体工程在能效上将达到预期效果。

电动汽车动态无线充电技术研究

电动汽车动态无线充电技术研究发表时间：2017-08-17T16:51:54.157Z 来源：《电力设备管理》2017年第8期作者：刘幸幸谭凤[导读] 传统的电动汽车无线充电技术存在续航里程较短的问题。中国石油大庆油田有限责任公司第八采油厂电力维修大队技术队黑龙江大庆 163300）摘要：传统的电动汽车无线充电技术存在续航里程较短的问题。为避免上述问题，提出了一种电动汽车动态无线充电技术。首先，通过对比分析，得到较适用于电动汽车动态无线充电的无线传输方式。其次，通过仿真分析获取系统互感与轴偏移距离的关系以及不同结构松耦合变压器的磁屏蔽效果。结果表明发射端摆放条形磁芯且接收端摆放圆盘型磁芯的ICPT系统能够满足电动汽车动态无线充电的电源需求和电磁屏蔽要求。关键词：无线电能传输；无线充电；电动汽车；动态供电 1引言由于节约能源，减少环境污染，电动汽车受到世界各国的大力推广。但是，充电却成为阻碍电动汽车发展的最大问题。传统的插拔充电方式由于受到接口的限制只能同一时间为一台电动车充电且存在安全问题。采用无线充电技术为电动汽车充电，用户只需将车开到指定充电区域，便可自动进行充电。然而，传统无线充电还存在充电频繁、续航里程短、电池组笨重且成本高昂等问题。在这样的背景下，电动汽车动态无线充电技术应运而生，它以非接触的方式为行驶中的电动车实时地提供能量供给。电动车续航里程得到延长，同时电能补给更加安全、便捷。 2无线充电技术理论分析无线电能传输区别于传统的有线传输，通过磁场为负载供电。目前，无线电能传输的主要方式有微波式、耦合式和谐振式。微波式无线电能传输技术传输距离能达到千米级且可实现准确定向，但受传输介质影响，很难穿透障碍物，一般适合在真空或空旷地方进行。耦合式无线电能传输技术是最为成熟的无线电能传输技术，基于安培环路定理和法拉第电磁感应定律，短距离内可实现kW级的传输功率。谐振式无线电能传输技术基于感应耦合原理，传输效率高，但工作频率要求达到MHz级别，且目前传输功率较低。综上所述，电动汽车动态无线充电系统要求传输功率较高，且发射侧和接收侧传输距离在15cm-25cm之间属近场传输，因此采用耦合式无线电能传输技术较为适合。 3不同结构的松耦合变压器实用性研究电动汽车动态无线充电系统须具备效率高、侧移性能好、磁屏蔽能力强的特点。松耦合变压器占系统80%的重量和空间，通过磁场将能量从发射端传输到接收端。由于松耦合变压器工作气隙较大使得系统漏感较大，磁化通量较少，并且发射端与接收端发生轴偏移也将导致系统传输效率降低。当松耦合变压器传输能量时，发散式磁场对车体四周进行电磁辐射，将对汽车控制系统将产生影响。在耦合距离一定的情况下，参数不同的松耦合变压器传输效率、侧移性能、磁屏蔽效果也将不同。所以，对比分析不同结构松耦合变压器的传输效率、侧移性能、磁屏蔽效果是电动汽车动态无线充电系统设计工作的重要内容。根据电动汽车动态无线充电的实际情况，设定结构1中松耦合变压器仅由线圈构成。结构2中发射端摆放条形磁芯，接收端摆放圆盘形磁芯。结构3中接收端摆放条形磁芯，发射端摆放条形磁芯。结构模型如图1所示：（1）结构1 （2）结构2 （3）结构3 图1 三种松耦合变压器结构模型 3.1轴偏移距离对互感的影响对电动汽车进行无线充电时，因驾驶员对电动汽车的人为手动操纵将导致松耦合变压器的接收端与发射端发生轴偏移，进而影响系统互感。不对称现象的出现是不可能完全消除的，因此研究轴偏移距离对互感的影响程度及趋势具有实际意义。设定发射端与接收端轴偏移距离变化范围为(0-200)mm。磁芯结构、轴偏移距离k与互感Mij的关系如图2所示。由图2可以看出：当结构1中发射端与接收端轴偏移距离超过100mm时，互感接近于0mH。结构2中互感变化趋势与结构1中互感变化趋势类似，但大小是结构1中的3倍。结构3中互感为结构1中互感的两倍，相比于结构2，互感下降35%。当轴偏移距离在0mm至100mm之间，随着侧移量的增大，三种耦合结构中互感下降明显，这是由于耦合能力的下降，导致系统线圈内阻损耗增加所致。当轴偏移距离大于100mm时，三种耦合结构中互感都接近于0mH。通过对比可知，当轴偏移距离在0mm至100mm之间时，在发射端摆放条形磁芯，接收端摆放圆盘形磁芯的松耦合变压器中，轴偏移距离对互感的影响最小。

纯电动汽车的基本结构和原理

纯电动汽车的基本结构和原理与燃油汽车相比，纯电动汽车的结构特点是灵活，这种灵活性源于纯电动汽车具有以下几个独特的特点。首先，纯电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转动轴传递的，因此，纯电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性。其次，纯电动汽车驱动系统的布置不同，如独立的四轮驱动系统和轮毂电动机驱动系统等，会使系统结构区别很大；采用不同类型的电动机，如直流电动机和交流电动机，会影响到纯电动汽车的重量、尺寸和形状；不同类型的储能装置，如蓄电池，也会影响纯电动汽车的重量、尺寸及形状。另外，不同的能源补充装置具有不同的硬件和机构，例如，蓄电池可通过感应式和接触式的充电机充电，或者采用更换蓄电池的方式，将替换下来的蓄电池再进行集中充电。纯电动汽车的结构主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除了电力驱动控制系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车相同，不过有些部件根据所选的驱动方式不同，已被简化或省去了。所以电力驱动控制系统既决定了整个纯电动汽车的结构组成及其性能特征，也是纯电动汽车的核心，它相当于传统汽车中的发动机与其他功能以机电一体化方式相结合，这也是区别于传统内燃机汽车的最大不同点。 1、电力驱动控制系统电力驱动控制系统的组成与工作原理如图5.1所示，按工作原理可划分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分。 1)车载电源模块车载电源模块主要由蓄电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。

(1)蓄电池电源。蓄电池是纯电动汽车的唯一能源，它除了供给汽车驱动行驶所需的电能外，也是供应汽车上各种辅助装置的工作电源。蓄电池在车上安装前需要通过串并联的方式组合成所要求的电压一般为12V或24V的低压电源，而电动机驱动一般要求为高压电源，并且所采用的电动机类型不同，其要求的电压等级也不同。为满足该要求，可以用多个12V 或24V的蓄电池串联成96～384V高压直流电池组，再通过DC／DC转换器供给所需的不同电压。也可按所需要求的电压等级，直接由蓄电池组合成不同电压等级的电池组，不过这样会给充电和能源管理带来相应的麻烦。另外，由于制造工艺等因素，即使同一批量的蓄电池其电解液浓度和性能也会有所差异，所以在安装电池组之前，要求对各个蓄电池进行认真的检测并记录，尽可能把性能接近的蓄电池组合成同一组，这样有利于动力电池组性能的稳定和延长使用寿命。 (2)能源管理系统。能源管理系统的主要功能是在汽车行驶中进行能源分配，协调各功能部分工作的能量管理，使有限的能量源最大限度地得到利用。能源管理系统与电力驱动主模块的中央控制单元配合在一起控制发电回馈，使在纯电动汽车降速制动和下坡滑行时进行能量回收，从而有效地利用能源，提高纯电动汽车的续程能力。能源管理系统还需与充电控制器一同控制充电。为提高蓄电池性能的稳定性和延长使用寿命，需要实时监控电源的使用情况，对蓄电池的温度、电解液浓度、蓄电池内阻、电池端电压、当前电池剩余电量、放电时间、放电电流或放电深度等蓄电池状态参数进行检测，并按蓄电池对环境温度的要求进行调温控制，通过限流控制避免蓄电池过充、放电，对有关参数进行显示和报警，其信号流向辅助模块的驾驶室显示操纵台，以便驾驶员随时掌握并配合其操作，按需要及时对蓄电池充电并进行维护保养。 (3)充电控制器。充电控制器是把电网供电制式转换为对蓄电池充电要求的制式，即把交流电转换为相应电压的直流电，并按要求控制其充电电流。充电器开始时为恒流充电阶段。

GBTXXXX电动汽车无线充电系统通用要求编制说明

GB/T XXXX《电动汽车无线充电系统通用要求》编制说明一、工作简况，包括任务来源、主要工作过程、主要参加单位和工作组成员及其所做的工作等 1任务来源根据国务院办公厅《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，充电基础设施是指为电动汽车提供电能补给的各类充换电设施，是新型的城市基础设施，大力推进充电基础设施建设，有利于解决电动汽车充电难题，是发展新能源汽车产业的重要保障。我国处于电动汽车无线充电技术研究、产品开发、应用推广3个方面的国际领先地位，但标准化落后，有必要尽快实现“有标准可依”。我国已经进行电动汽车传导式充电和换电的标准化工作，无线充电作为向电动汽车提供能量的第三种方式，其标准化工作在我国还没有开展，这与我国的技术和产业领先地位不匹配。 2015年7月国家标准委下达“《电动汽车无线充电系统通用要求》等14项国家标准制修订计划”，《电动汽车无线充电系统通用要求》正式立项，计划编号20150675-T-339，本标准主管部门为工业和信息化部，归口单位为全国汽车标准化技术委员会。 2工作过程（1）标准启动会 2015年12月16日，电动汽车无线充电标准化联合工作组第一次工作会议暨项目组启动会在成都新华国际酒店举行，来自中汽研、中电联、中兴通讯、中兴新能源、比亚迪、北汽、上汽、国家电网、许继集团、戴姆勒奔驰、宝马中国、东南大学等约50余家单位的专家参加了本次会议，会上中汽研与中电联介绍了联合工作组成立情况和电动汽车无线充电技术及应用情况，以及当前国际电动汽车无线充电标准化IEC、SAE、ISO进展情况。与会专家对《GBT XXXX 电动汽车无线充电系统通用要求（草案）》进行了研讨。从标准范围、规范性引用文件、术语定义、互操作性、系统总体要求、通讯、电击防护、无线充电系统特定要求、电力电缆组件要求、结构要求、材料和部件强度、服务和测试条件、电磁兼容性、标记和说明等层面对标准架构进行了分析讨论，基本肯定了标准结构，同时对标准草案中的技术内容进行了初步审查，提出了不同类型的意见60余条。

2019年全国大学生电子设计竞赛赛题A题_电动小车动态无线充电系统

参赛注意事项（1）8月7日8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。（6）8月10日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。电动小车动态无线充电系统（A题）【本科组】一、任务设计并制作一个无线充电电动小车及无线充电系统，电动小车可采用成品车改制，全车重量不小于250 g，外形尺寸不大于30cm×26cm，圆形无线充电装置发射线圈外径不大于20cm。无线充电装置的接收线圈安装在小车底盘上，仅采用超级电容（法拉电容）作为小车储能、充电元件。如图1所示，在平板上布置直径为70cm的黑色圆形行驶引导线（线宽≤2cm），均匀分布在圆形引导线上的A、B、C、D点（直径为4cm的黑色圆点）上分别安装无线充电装置的发射线圈。无线充电系统由1台5V的直流稳压电源供电，输出电流不大于1A。图1 电动小车行驶区域示意图

二、要求 1. 基本要求（1）小车能通过声或光显示是否处在充电状态。（2）小车放置在A点，接通电源充电，60秒时断开电源，小车检测到发射线圈停止工作自行起动，沿引导线行驶至B点并自动停车。（3）小车放置在A点，接通电源充电，60秒时断开电源，小车检测到发射线圈停止工作自行起动，沿引导线行驶直至停车（行驶期间，4个发射线圈均不工作），测量小车行驶距离L1，L1越大越好。 2. 发挥部分（1）小车放置在A点，接通电源充电并开始计时；60秒时，小车自行起动（小车超过60秒起动按超时时间扣分），沿引导线单向不停顿行驶直至停车（沿途由4个发射线圈轮流动态充电）；180秒时，如小车仍在行驶，则断开电源，直至停车。测量小车行驶距离L2，计算L=L2-L1，L越大越好。（2）在发挥部分（1）测试中，测量直流稳压电源在小车开始充电到停驶时间段内输出的电能W，计算K= L2/W，K越大越好。（3）其他。三、说明（1）本题所有控制器必须使用TI公司处理器。（2）小车行驶区域可采用表面平整的三夹板等自行搭建，4 个发射线圈可放置在板背面，发射线圈的圆心应分别与A、B、C、D圆点的圆心同心。（3）作品采用的处理器、小车全车重量、外形尺寸、发射线圈最大外形尺寸及安装位置不满足题目要求的作品不予测试。（4）每次测试前，要求对小车的储能元件进行完全放电，从而确保测试时小车无预先额外储能。（5）题中距离L的单位为cm，电能W的单位为Wh。（6）测试小车行驶距离时，统一以与引导线相交的小车最后端为测量点。（7）基本要求（2）测试中，小车停车后，其投影任一点与B点相交即认为到达B点。（8）在测试小车行驶距离时，如小车偏离引导线（即小车投影不与引导线相交），则以该驶离点为该行驶距离的结束测试点。

无线充电系统仿真演示教学

无线充电系统仿真

2．（20分）设计电动汽车无线充电系统，要求： 1）给出系统整体设计方案； 2）设计系统功率2.2kW，输入电压220V，输出电压300V； 3）给出系统simulink仿真图及关键部分波形图； 4）给出系统主要参数设计过程。 1、设计方案无线充电系统的设计功率为2.2kW，输入电压为工频交流220V，输出电压为直流300V。根据设计要求，需要该系统有一定的自调压能力。整体设计方案为：先通过一个交直交变频器输出高频交流电，将这个高频交流电通过无线传输装置（仿真中用耦合电感代替）传输到汽车内置的接收装置。通过整流电路转化为直流电，最后通过一个带负反馈的调压电路输出300V 电压并能控制充电电流。具体设计过程如下： 2.1、首先使用一个二极管不控整流模块，将220V电转化为直流电，并使用LC滤波，滤波后的电压约为350V。二极管不控整流模块如下图：

经过LC滤波之后的输出电压： 2、使用IGBT全控器件搭建单相逆变模块，将直流350V转化为高频交流电，频率为20kHz。一般来说，频率越高，传输同样的能量使用的耦合电感越小，能量的损失也越小。由于受到器件开关速度的显示和工业标准的限制，使用电磁感应方式的无线充电系统频率不超过100kHz。在这里我的传输频率为20kHZ，符合要求。前半部分的整体仿真模型。包括二极管整流模块，高频逆变模块，耦合电感作为无线传输模块：

经过逆变模块后产生的高频方波交流电，频率为20kHz：经过耦合线圈传输到副边的高频交流电，由于耦合线圈相当于一个电感，电压传输到副边后稍微有些畸变。另外耦合线圈相当于变压器，将电压升高到600V左右。

电动汽车无线充电技术发展现状

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。同时也被许多汽车厂家认为是未来汽车发展的方向，而且都投入了大笔资金进行研发。不过，由于充电问题的现实阻碍，一直以来还没有得到充分推广。我们知道电动车最重要的部分莫过于电池和充电桩，由于技术瓶颈，短时间内它们只能使用锂电池，所以无线感应充电桩变成了另一个研发重点。与有线充电桩相比，无线充电有多种优势，能够顺应新能源汽车未来的发展趋势。 Q1：无线充电有哪些方式？原理是什么？ A：常见的有感应式，共振式和微波传输式等形式，都利用电磁感应原理实际上现在划分的无线充电类型有好些种，比如感应式、共振式、微波传输式等等，不过总体来说，它们的基本原理都是一样的，就是利用交变电磁场的电磁感应，来实现能量的无线传输。

（1）感应式的无线电能传输算是目前比较成熟的技术，很多手机无线充电、甚至我们常见的电磁炉就是利用的这种原理。由于数码设备空间小，接收线圈也小，加上充电设备功率小，所以通常充电的距离近（甚至需要与充电座接触），不过相对电磁辐射也小。（2）共振式则是著名的麻省理工目前在开发的一类充电技术，说起来也不复杂，他们利用电磁感应现象，加上共振的原理，能够提升无线充电的效率，共振传输的距离比普通感应式更远一些，而麻省理工目前正在进行小型化的研究——对于车长好几米的电动车来说，这方面的技术压力倒不是太大。（3）微波传输此前更多出现在科幻电影或者小说里面，实际上它也是无线电力传输的一个很好的方式，只不过受到发送功率等方面的限制，并未大规模实用化。微波传输的最大好处就是传输距离远，甚至可以实现航天器与地面之间的能量传输，同时还可以实现定向传输（发射天线有方向性），未来前景值得期待。 Q2：无线充电的好处有哪些？尽管无线充电桩的普及尚需时日，但是早已显现出了众多优势，比如安全性高、使用便捷、易于安装等优点。由于无线充电桩可采取分散布局的安装方式，既可以减小对电网造成的压力，也可以让电动汽车充电无需去固定的场所，自由度更高。另外，无线充电在硬件方面的标准更容易统一，毕竟说服各家厂商把有线充电的接口都统一并不容易——在手机这方面就比较明显，各家的充电器都不太一样，但是无线制式却只有那么几种。 Q3：有待解决的问题有哪些？ A：传输效率，电磁兼容都是实现工程化需要解决的问题传输效率是所有无线充电都面临的问题，对于电动车这样充电功率更大的“电器”来说更是如此——电能首先转换为无线电波，再由无线电波转换成电能，这两次转换都会损失不少的能量——这与本身就是绿色、环保的电动车来说，似乎显得有些格格不入。电磁兼容也是无线充电需要解决的技术瓶颈之一，众所周知，电磁波很容易产生泄漏，当大功率的车用无线充电设备运行时，也会对周围的生物和电子设备产生影响，甚至会危害人体健康，在大家谈辐射色变的今天是很敏感的话题，所以这方面如何处理也是电动车无线充电实现工程化需要解决的问题。汽车产品开发过程中，往往也会进行电磁兼容方面的的测试，而无线充电技术显然提出了更高的要求。利用封闭的自动智能化车库安装无线充电设备是解决电磁兼容比较好的途径，不过成本也确实不菲。 B：面临电气标准、辐射等方面问题