厚势按：电动汽车的传统充电方式容易受到天气、硬件质量、接口标准等原因的影响，在一定程度上制约了电动汽车产业的规模化发展。无线充电技术的应用可以克服上述这些问题，因充电时无需直接接触，避免了统一充电接口制式的需求，使用方便安全。
从商业应用着手，对电动汽车无线充电技术进行研究，首先介绍了无线充电技术的基本原理和典型的充电技术。在整理和归纳国内外研究成果的基础上，针对无线充电技术应用方面的难点和挑战提出了相应的解决思路。最后，在现有应用实例的基础上，提出了 3 种可行的电动汽车无线充电的商业运营模式。
本文为广东电力交易中心与西安交通大学电气工程学院 2017 年 6 月 20 日联合发表在《陕西电力》上的论文《基于商业应用的电动汽车无线充电技术研究综述》。
0. 引言
近年来，中国大部分地区一到秋冬季节，就饱受雾霾困扰，而且有愈演愈烈的趋势。随着环境问题的日益突出。电动汽车作为低碳环保的出行工具，被许多国家认为是未来汽车发展的
方向，并确定为保障能源安全、转型低碳经济的重要途径 [1-2]。然而。作为有效缓解当前能源与环境问题的交通方式，电动汽车的发展、推广与应用正面临着诸多的制约因素的挑战，诸如动力电池成本与性能、电动汽车能源供给基础设施、电动汽车大规模无序充电对电网的影响等 [3-4]。
3秒俱乐部在电动汽车能源供给基础设施方面，电池和充电桩是关键。2015 年发布的《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）》中提到，预计到 2020 年可满足超过 233 万辆电动汽车的充电需求，新增集中式充换电站超过 4300 座，分散式充电桩超过 220 万个 [5]。在传统的电动汽车充电方式中，充电接口制式必须统一，不同国家地区、不同汽车制造商都有自己的充电标准，这无疑为电动汽车的发展造成了不小的阻碍。
无线充电也称为非接触能量传输技术，是利用电磁场或电磁波进行能量传递 [6-7]。作为一种新型的充电技术，电动汽车无线充电技术相较于传统的有线充电方式，避免了机械磨损，可适应多种恶劣环境和天气，同时具有更高的通用性。相较于各式各样的有线充电接口制式，无线充电制式只有固定的几种。这无疑给电动汽车生产厂商提供更大的发挥空间，推进了电动汽车的市场化。
本文首先介绍了电动汽车无线充电技术的基本原理。分析了无线充电技术相对于接触式充电在电动汽车充电领域的优势，并对常见的无线充电技术进行了比较。进而，在综合分析国内外文献资料的基础上，归纳了几种典型的无线充电技术在应用中遇到的挑战。最后，针对国内外汽车制造企业在无线充电技术中的应用现状，以及传统充电模式的运营模式，总结、提炼了无线充电技术商业应用方面可行的运营方式。
吉利远景1.5怎么样1. 电动汽车无线充电技术的应用研究
1.1 基本原理
图 1 电动汽车进行无线充电的基本原理
与传统动力电池采用插头充电的方式不同，电动汽车在利用无线充电时，无需通过接触插座内的接口来传输电能。其充电原理与变压器的工作原理类似，以电磁场为媒介，将其一次、二次线圈分置于车外和车内，通过高频磁场的耦合传输电能 [8-9]。如图 1 所示。在利用无线充电技术给电动汽车充电时，充电系统主要由 3 部分组成：电源侧发射端、发射/接收线圈和电动汽车侧接收端。
1.2 典型无线充电技术的比较与分析
目前，常见的无线充电方式都是利用交变电磁场的电磁感应原理，从而在非接触式条件下实现电能的传输，典型的充电技术主要分为感应式、共振式和微波传输式 3 种 [10]。
感应式充电是当前应用最成熟、最广泛的无线充电技术，其原理是在发送端和接收端各接 1 个线圈，通过给发送端的线圈通一定频率的交流电，在次级线圈中感应出一定的电流，从而实现能量的传输 [11]。这种充电方式下，传输功率一般可以达到几百瓦，但是传输距离比较近，通常不超过 10 cm。感应式充电技术对充电位置要求较高，当设备收发方位置完全重合时，能量效率达到峰值，随着位置偏差的增大，能量效率会出现快速的衰减。
与感应式充电不同，共振式充电是通过向电能接受端和电源发射端在同一时间通入相同频率交流电来实现能量的交换 [12]。共振式充电技术的传输距离比普通感应式更远一些，可以达到 3~4 m，传输功率可达几千瓦．充电效率一般在 50％ 左右。
微波传输此前更多出现在科幻电影中，传输距离远，甚至可以实现航天器与地面之间的能量传输，但是受限于传输功率较小，其传输功率低于感应式和共振式的传输功率 [13]。
加长林肯表 1 常见无线充电技术基本原理
如表 1 所示，这 3 种无线充电技术各有利弊，感应式充电虽然传输效率高，但是传输距离短，而且只有在充电的位置精确时，才能高效充电。共振式和微波传输式充电虽然传输距离长，但是充电效率低，均不超过 50％。
1.3 无线充电技术在电动汽车领域的应用
相较于传统的接触式充电技术，无线充电技术虽然有诸多的优点，例如使用方便、安全，受恶劣极端天气影响小，避免了机械磨损问题，无火花及触电危险等，但其发展仍旧受很多因素的限制 [14]。国内外的研究关注点主要集中在 3 个方面：
∙传输功率控制及效率；
∙无线充电的辐射；
∙无线充电对电网的影响。
由于实现远距离大功率无线电磁转换需要消耗的能量相对较高，国内外学者针对无线充电
传输功率控制及提高充电效率方面展开了大量的研究。文献 [15] 建立了四线圈结构无线充电系统的模型，基于实际系统参数，在非正弦输入时系统输出功率和效率表达式的基础上，探讨了输出功率和效率随谐波频率的变化过程，如图 2 和图 3 所示。
图 2 能量传输线圈效率与频率的关系
图 3 能量传输线圈输出功率与频率的关系二手双龙爱腾
图 2、图 3中的虚线处从左到右分别是基波、3 次和 5 次谐波的位置。从图 2、图 3 可以看出，文献作者所设计的无线充电系统在工作频率处的线圈效率很高，达到 95% 以上，输出功率也较大；而在 3 次和 5 次谐波处，输出功率急剧减小，效率更是降到了 1% 以下。由此得出当系统输入中含有较多 3 次和 5 次谐波时，系统的效率和输出功率都会大幅下降的结论。
为提高能量传输线圈的工作效率和输出功率，文献 [16] 考虑到电动汽车无线充电系统中的电路参数会相互影响的问题，针对 2 线圈结构系统，首先求得系统损耗 P_t、传输功率 P_L 的比值 P_t/P_L，该比值表达式为：
式中：R_S 为副边线圈的内阻；L_S 为副边线圈电感；R_L 为负载；κ_PS 为耦合系数；Q_P 和 Q_S 为一次、二次线圈的品质因数；ω 为角频率。
通过对式（1）求导，可以求得当负载 R_L 取得最佳负载 R_opt 时，P_t/P_L 取得最小值，充电效率最高，最佳负载 R_opt 的表达式为：
可以看出，系统线圈间耦合系数 κ_PS 和线圈 Q 值决定系统最大传输效率，因此文献提出如图 4 所示的基于 LCCL 阻抗匹配的电路结构，以使负载 R_L 取得最佳负载 R_opt，从而获得系统最大的传输效率。
图 3 基于 LCCL 阻抗匹配的电路结构
图 4 中，L_P 为原边线圈电感，M_PS 为原副边线圈互感，C_L 为电池等效电容，C_p、C_s 为谐振补偿电容。文献 [17] 对于感应式的无线充电技术，从提高非接触变压器耦合系数和磁通分布不均问题 2 方面进行了系统性的总结，并提供了相应的解决思路。
关于无线充电的辐射问题，文献 [18] 定量分析了供电线圈产生的电磁场对人体产生的辐射影响。结果表明，儿童相较于成人，受到的电磁辐射在相同条件下更大。文献 [19] 提出了
使用特殊的屏蔽材料铺设于电动汽车的座位下等方式来避免辐射问题。
秦皇岛宾利撞捷达在电动汽车无线充电方式对电网的影响方面，文献 [20] 首先分析了在随机充电情形下，插充式和无线充电方式下的功率输出特性。考虑到电动汽车的放电特性，将电动汽车与智能电网相结合的车网互动系统实现了电动汽车在负荷低谷充电、在高峰放电的双向互动，在求得该有序充电情形下的功率输出特性后，分别求出无电动汽车接人、随机充电和有序充电 3 种情况下的平均供电可用率指标 ASA（Average Service Availability）分别为98.78%、98.75%、98.97%。
从可靠性指标可以发现，对电动汽车充电进行有序控制可以极大提高供电可用率。文章中提出的无线充电式联合插电式电动汽车的功率输出模型，以 IEEE DRTS Bus 4 测试系统进行试验，将电网中电动汽车（包括无线充电式和插充式 2 种）的渗透率设置为 5％，引人系统平均停电频率 SAIF（System Average Interruption Frequency）、电量不足 EENS（Expected Energy not Supplied）和平均供电可用率 ASA 作为评估电网可靠性的指标。通过分别计算无线充电式电动汽车渗透率为 20%，40% 和 60% 3 种情形下的可靠性指标，可以得到如表 2 所示的结果。
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