1、LOGO電動汽車無線充電技術概述電動汽車無線充電技術概述2022-3-101LOGO主要內容主要內容 電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線充電技術研究背景1電動汽車無線充電技術工作原理電動汽車無線充電技術工作原理2電動汽車無線充電技術應用實例電動汽車無線充電技術應用實例3未來電動汽車無線充電技術展望未來電動汽車無線充電技術展望42022-3-102LOGO電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線充電技術研究背景中國新能源汽車政策進程中國新能源汽車政策進程2022-3-103LOGO電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線充電技術研究背景新能源汽車（乘用車及輕型商用車）示范推廣補助標準（萬元

2、新能源汽車（乘用車及輕型商用車）示范推廣補助標準（萬元/ /每輛）每輛） 2022-3-104LOGO電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線充電技術研究背景十米以上城市公交客車示范推廣補助標準（萬元十米以上城市公交客車示范推廣補助標準（萬元/ /每輛）每輛） 2022-3-105LOGO電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線充電技術研究背景傳統汽車和純電動汽車節能減排比較傳統汽車和純電動汽車節能減排比較無線充電技術研究背景2022-3-106LOGO燃料電池燃料電池技術瓶頸：技術瓶頸：1.H21.H2的制取、存儲的制取、存儲、運輸難題。、運輸難題。2. 2. 催化劑選取困難催化劑選取困難，

3、成本太高。，成本太高。純電動汽車純電動汽車 目前更多的是發目前更多的是發展電動汽車展電動汽車電動汽車電動汽車電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線充電技術研究背景2022-3-107LOGO1普通充電普通充電 多為交流充電，電壓多為交流充電，電壓220V220V或或380V380V，一次需要，一次需要8- 8-1010小時充滿。小時充滿。 一個有一個有1010個位置的電站個位置的電站一天一天 充充3030輛汽車，輛汽車，1010萬輛萬輛汽車需多少個充電站？汽車需多少個充電站？占用多少占用多少城市用地城市用地？2快速充電快速充電 多為直流充電，一次充電多為直流充電，一次充電需要需要10-201

4、0-20分鐘左右。分鐘左右。 10 10分鐘左右把分鐘左右把35Kw35Kw的電的電池充電完畢大約需要池充電完畢大約需要250Kw250Kw的充電功率，是一的充電功率，是一個辦公大樓用電負荷的個辦公大樓用電負荷的5 5倍倍，不可能在家充！一個充，不可能在家充！一個充電站開電站開4 4個充電機，功率就個充電機，功率就能達到能達到“兆瓦兆瓦”級，是個級，是個難題！難題！3電池更換電池更換 更換電池，時間短，能保更換電池，時間短，能保證汽車的正常行駛。證汽車的正常行駛。 電池組電池組標準化標準化比較困難，比較困難，電池組心就問題難以解決電池組心就問題難以解決。電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線

5、充電技術研究背景傳統電動汽車充電模式及其存在的問題傳統電動汽車充電模式及其存在的問題2022-3-108LOGO同時充電的汽車數目有限同時充電的汽車數目有限戶外有線充電樁易受到侵害戶外有線充電樁易受到侵害建專用充電站占用大量用地建專用充電站占用大量用地電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線充電技術研究背景充電樁充形式的缺點及其解決辦法充電樁充形式的缺點及其解決辦法2022-3-109LOGO 電動汽車充電站及充電樁電動汽車充電站及充電樁電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線充電技術研究背景2022-3-1010LOGO無線充電式充電站無線充電式充電站電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線

6、充電技術研究背景2022-3-1011LOGO 無線充電式停車場無線充電式停車場電動汽車無線充電技術研究背景電動汽車無線充電技術研究背景2022-3-1012LOGO電動汽車無線充電技術工作原理電動汽車無線充電技術工作原理 無線充電的發展歷史無線充電的發展歷史1. 1. 1919世紀世紀3030年代，邁克爾年代，邁克爾 法拉第就發現，周圍磁場的變化將在電線中產生電法拉第就發現，周圍磁場的變化將在電線中產生電流。流。2. 2. 1919世紀世紀9090年代，愛迪生光譜輻射能研究項目的一名助手尼古拉年代，愛迪生光譜輻射能研究項目的一名助手尼古拉 特斯拉就曾特斯拉就曾提出無線電力傳輸的構想。提出無線

7、電力傳輸的構想。3. 3.香港城市大學電子工程學系許樹源教授在早幾年曾成功研制出香港城市大學電子工程學系許樹源教授在早幾年曾成功研制出“無線電池無線電池充電平臺充電平臺”，需要產品與充電器接觸，它主要利用的是近場電磁耦合原理。，需要產品與充電器接觸，它主要利用的是近場電磁耦合原理。4.20074.2007年，美國麻省理工學院的馬林年，美國麻省理工學院的馬林索爾賈?？耍ㄋ鳡栙Z?？耍∕arin SoljacicMarin Soljacic）等人在無）等人在無線傳輸電力方面取得了新進展，他們用兩米外的一個電源，線傳輸電力方面取得了新進展，他們用兩米外的一個電源，“隔地隔地”點亮了點亮了一盞一盞606

8、0瓦的燈泡。瓦的燈泡。5. 5.最近，有幾家公司已經生產出無線充電的手機、最近，有幾家公司已經生產出無線充電的手機、mp3mp3、便攜式電腦。、便攜式電腦。2022-3-1013LOGO電動汽車無線充電技術工作原理電動汽車無線充電技術工作原理 無線輸電無線輸電頻率相同的共振耦合現象頻率相同的共振耦合現象電流震蕩：電流震蕩：7 7兆赫兆赫范圍：范圍：1 1米米傳輸效率：傳輸效率：80%80%2022-3-1014LOGO 電子產品充電電子產品充電電動汽車無線充電技術工作原理電動汽車無線充電技術工作原理松下產品松下產品無線電源聯盟無線電源聯盟2022-3-1015LOGO電磁感應電磁感應式式電動汽

9、車無線充電技術工作原理電動汽車無線充電技術工作原理磁磁場共振式場共振式無線電波式無線電波式三種無線充電充電方式2022-3-1016LOGO 電磁感應式充電電磁感應式充電電動汽車無線充電技術工作原理電動汽車無線充電技術工作原理電磁感應初級線圈一定頻率的交流電，通過電磁感應在次級線圈鐘產生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉移到接收端2022-3-1017LOGO 電磁感應式充電系統框圖及應用電磁感應式充電系統框圖及應用電動汽車無線充電技術工作原理電動汽車無線充電技術工作原理2022-3-1018LOGO 無線電波無線電波式充電式充電電動汽車無線充電技術工作原理電動汽車無線充電技術工作原理基本原理類

10、似于早期使用的礦石收音機，主要有微波發射裝置和微波接收裝置組成，如圖，接收電路，可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負載作出調整的同時保持穩定的直流電壓。 Powercast公司研制出可以將無線電波轉化成直流電的接收裝置，可在約1米范圍內為不同電子裝置的電池充電。2022-3-1019LOGO 磁場共振磁場共振電動汽車無線充電技術工作原理電動汽車無線充電技術工作原理原理由能量發送裝置，和能量接收裝置組成，當兩個裝置調整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量。2022-3-1020LOGO 磁場共振式充電應用磁場共振式充電應用電動汽車無線充電技術工作原理電動汽車無

11、線充電技術工作原理2022-3-1021LOGO三種充電方式對比三種充電方式對比2022-3-1022LOGO 電動汽車無線充電系統實際結構及原理圖電動汽車無線充電系統實際結構及原理圖電動汽車無線充電技術工作原理電動汽車無線充電技術工作原理 系統由位于汽車外部主級電路和位于汽車的內部的次級電路、整流器以及驅動系統構成。通常在充電的時候，帶有扁平鐵芯的主級線圈，即耦合器，是通過手動的方式被插在次級鐵芯中一個縫隙處，這樣，能量就能夠從安置在底層的主級電路被轉換到電池中。2022-3-1023LOGO 電動汽車無線充電系統結構及原理圖電動汽車無線充電系統結構及原理圖電動汽車無線充電技術工作原理電動汽

12、車無線充電技術工作原理2022-3-1024LOGO電動汽車無線充電技術應用實例電動汽車無線充電技術應用實例 感應充電觀光車感應充電觀光車韓國首爾一座游樂園內試運行一種新型電車。這種電車在鋪有電感應條的路面上行駛時可“無線”充電，不像傳統電車需通過路軌或頭頂電線獲得電力。2022-3-1025LOGO 印度無線充電車印度無線充電車(REVANXG)(REVANXG)電動汽車無線充電技術應用實例電動汽車無線充電技術應用實例REVANXG則是一款雙門運動車型，擁有玻璃車頂，最高時速達130公里，一次充電可持續行駛200公里，這款車預計2011年上市。2022-3-1026LOGO 日產魔方電動車日

13、產魔方電動車電動汽車無線充電技術應用實例電動汽車無線充電技術應用實例采用了可在供電線圈和受電線圈之間提供電力的電磁感應方式.即將一個受電線圈裝置安裝在汽車的底盤上，將另一個供電線圈裝置安裝在地面，當電動汽車駛到供電線圈裝置上，受電線圈即可接受到供電線圈的電流，從而對電池進行充電。目前，這套裝置的額定輸出功率為10kW，一般的電動汽車可在7-8小時內完成充電。2022-3-1027LOGO電動汽車無線充電技術應用實例電動汽車無線充電技術應用實例 日本無線充電式混合動力巴士日本無線充電式混合動力巴士電磁感應式，供電線圈是埋入充電臺的混凝土中的。車開上充電臺后，當車載線圈對準供電線圈后（重合），車內

14、的儀表板上有一個指示燈會亮，司機按一下充電按鈕，就開始充電。2022-3-1028LOGO電動汽車無線充電技術應用實例電動汽車無線充電技術應用實例 日本無線充電式混合動力巴士結構日本無線充電式混合動力巴士結構2022-3-1029LOGO基于電磁感應原理的無接觸電能傳輸系統的分析與設基于電磁感應原理的無接觸電能傳輸系統的分析與設計計新型感應耦合式無接觸電能傳輸系統主要由三大部分組成，即能量發送端，無接觸變壓器和能量接收端，系統構成如圖1所示。2022-3-1030LOGO一、拓撲選擇在無接觸電能傳輸系統中，高頻變壓器的初級和次級是分離的，從而導致漏感較大，在電路上會產生很大的功率損耗、器件應力

15、和開關損耗。為了解決這些問題，利用漏感作為諧振電感的諧振變換器為最好的選擇J。無接觸電能傳輸可以提供較好的正弦波形，吸收了變壓器漏感和功率器件的寄生電容，消除了電壓尖峰和浪涌電流，電磁干擾和電磁噪聲，降低了器件的開關應力，實現了零電流或零電壓開關。結合實際設計所需，選擇串聯諧振的ZVS半橋變換器，如圖2所示。2022-3-31LOGO二、無接觸變壓器模型分析二、無接觸變壓器模型分析2.1 補償前無接觸變壓器模型分析2022-3-32LOGO二、無接觸變壓器模型分析二、無接觸變壓器模型分析2.2補償后無接觸變壓器模型分析對于普通的變壓器，由于初級和次級耦合較好，初、次級漏感都較小，可忽略不計，由

16、方程(3)可知，系統電抗分量小，輸出電壓與負載無關。但是，對于無接觸變壓器，由于氣隙較大，耦合較差，初級和次級漏感很大，系統輸出電壓和輸出功率都相應減小，為改善系統傳輸性能，提高效率，可對次級進行補償，具體的方法有次級串聯電容補償和并聯電容補償。如圖4所示為次級串聯電容補償電路。2022-3-33LOGO以上為一般性分析，如果用于串聯諧振式半橋變換器電路中，還應該考慮初級串聯的諧振電容以及開關管的寄生電容。2022-3-34LOGO無接觸變壓器設計無接觸變壓器設計無接觸變壓器的設計是系統設計的核心部分。在經過初級諧振和次級補償之后，我們解決了初級和次級的漏感對系統電能傳輸的影響，系統次級的輸出

17、只與電壓以及初次級的匝比有關。(1)鐵芯材料的選擇對非接觸感應電能傳輸系統中松耦合變壓器的鐵芯材料的選擇，一般有以下幾個要求：磁導率要高；具有很小的矯頑力狹窄的磁滯回線；電阻率要高；有足夠大的飽和磁感應強度；磁損率要小；居里溫度要高。一般來講，鐵氧體、鐵鎳軟磁合金、非晶合金都能滿足非接觸感應電能傳輸系統中變壓器鐵芯材料的要求。從性能上看，非晶合金總體性能優于其他軟磁材料，非晶合金中的鐵基微晶是其中最優的磁性材料。(2)氣隙大小氣隙大小是松耦合變壓器耦合系數的關鍵因素之一。在非接觸感應電能傳輸系統中，應根據變壓器氣隙大小和變化范圍選取合適的變壓器結構和工作狀態，使變壓器在氣隙規定變化范圍內，保證

18、耦合系數變化較小，保持較高的耦合系數，這樣有利于系統的優化設計和效率的提高。2022-3-1035LOGO四、控制策略四、控制策略普通的半橋串聯諧振式ZVS變換器一般采用PFM的控制策略。輸出電壓經過光耦隔離，將電壓信號反饋到控制電路，控制電路根據反饋的電壓信號調節其輸出驅動信號的頻率，從而改變開關管的導通，以達到穩定輸出電壓的目的。然而，在感應耦合式無接觸電能傳輸系統中，初、次級是完全分開的，即使通過光耦隔離仍然是無法接受的，并且由于無接觸電能傳輸系統的漏感很大，頻率的變化將對補償效果影響很大。綜合以上考慮，我們設計了一種新型的控制方案初級端固定控制信號的頻率與導通角，實現初級開關管的ZVS軟開關，以及B