电动汽车无线充电技术分析与设计

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。

电动汽车无线充电技术

电动汽车无线充电技术 电动汽车普通充电方式及优缺点 目前市面上对电动汽车充电主要有两种方式，一种是使用车载充电机，另一种是使用外置充电桩。这两种方式的区别是车载充电机可以接入220V的家用工频电，功率较小，可以进行慢速充电；而充电桩一般接入的是380V的三相电，功率较大，理论上可以实现快速充电。相同之处是他们都采用插入式连接器的方式进行充电。 电动汽车普遍采用的充电方式是利用充电粧或充电站通过导线与电网进行有线连接（即电缆连接），从电网获取电能为电动汽车进行常规充电、快速充电和换电，然而上述充电方式存在诸多弊端；①电池的充电需在人为情况下对插头进行插拔，存在安全隐患； ②充电全程均需人工操作，自动化程度低； ③在温度低、天气恶劣的条件下无法对电动汽车进行室外充电。 ④插电容易产生火花、容易产生磨损、不容易维护、不够美观、不够灵活、不够安全 无线充电技术分类及特点 WPT技术主要分为三种：射频或微波WPT、电磁感应式WPT以及电磁共振式WPT，下面分别予以介绍。 所谓微波WPT，就是以微波（频率在300MHz–300GHz之间的电磁波）为载体在自由空间无线传输电磁能量的技术[16]。由于工作频率高、系统效率较低，微波WPT并不适合于EV这种能量传输距离较短的应用场合。系统能量变换效率仅有38%。

电磁感应式WPT是基于电磁感应原理，利用一次、二次分离的变压器，在较近距离条件下进行无线电能传输的技术。目前较成熟的无线供电方式均采用该技术。然而，电磁感应式WPT仍存在一系列问题：传输距离较短，距离增大时效率急剧下降；传输效率对非接触变压器的一次、二次的错位非常敏感等。 ICPT技术的原理是在原边发射线圈中产生高频的正弦波电流，它会在原边线圈的周围产生高频的交变磁场，而副边线圈将会在磁场中感应出电能，再经过能量变换便得到我们需要的电能形式给用电设备供电。 感应耦合电能传输技术与一般的变压器的原理非常接近，都是高频交流电通过电磁感应来进行传输。区别在于ICPT的发射线圈和接收线圈是松耦合方式的，通常情况下发射线圈和接收线圈的距离较大，而且根据传输的需要还分为有磁芯和无磁芯的感应线圈。由于是松耦合方式，能量在原边到副边线圈传递过程中，会在空气中有一部分的损失。 电磁共振式WPT，两个固有谐振频率相等的铜绕组（为方便表述，称其为“变压器”），在共振激励条件下（即激励频率等于绕组的固有谐振频率），距离2m处，成功点亮了一个60W的灯泡[21]，其中变压器的效率达到了40%。与电磁感应式WPT相比，电磁共振式WPT可显著提高能量的有效耦合及变压器的传输效率。相比于电磁感应式WPT的一些优点：如对非接触变压器绕组间错位的敏感度减小。利用共振模式对激励频率要求的严格性，可通过合理设置激励频率，向指定电器供电，提高安全性。然而，目前该方向的研究要么过于理论化，要么为实验研究，缺乏对应用、工程设计有定量指导意义的研究成果。目前，该技术传输的功率较小，尚未用于EV充电。 (3)无线充电部分包括DC/DC变换器、DC/AC高频逆变器、收发线圈及相应调谐电容。光伏微电网发出的电能经DC/DC变换器、DC/AC高频逆变器逆变为20kHz高频电压为无线传输系统发射端供电，谐振式系统将电能高效地传到接收端为下级负荷供电。 (4)车载电池系统包括AC/DC整流器、DC/DC变换器和车载电池，AC/DC整流器将20kHz高频电压变换成直流，通过DC/DC变换器实现车载电池的充电控制。 非接触变压器的设计 非接触变压器是非接触充电器中的核心元件，图10和图11给出了目前电动汽车的两种非触充电方式和对应的非接触变压器结构示意图。 （1）适于人工操作的手持插入式充电，SAEJ-1773给出其变压器方案，如图10b所示，并用于GMEV1车型。该方案将变压器一次绕组和部分磁心（嵌在中部）作为可活动的手持部分。当手持部分插入磁心间隙，则构成变压器；且一次绕组被二次绕组夹绕，实现了“非接触”和变压器的紧耦合。由于该变压器的耦合系数k高，易于实现高效率-输出功率1kW时，直直变换效率可达到90%[27]。 该方案利用手持部分，使充电站与电动汽车无电气连接，但实际充电时变压器的一二次仍为紧耦合；且无法实现自动或移动充电，不能起到应用WPT减少EV电池容量和汽车自重的作用。该铁心外径超过140mm，质量约6kg，体积重量均较大。 （2）全分离型充电方式，如图11所示，这种方式可实现自动和移动充电，是理想的非接触充电方式。静止充电用变压器的气隙通常在10～50mm[28]，移动充电用变压器的气隙可达到150mm[29]甚至更大。根据对图11b所示结构的变压器的分析结果，磁心横向尺寸L越大，磁柱中心间距Lc与气隙比值Lc/g越大，

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

电动汽车市场分析报告

新能源汽车行业 概述： ●十二五规划中明确要求，重点发展新兴产业，新能源汽车要着重发展插电式混 合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等安全、节能的汽车。 ●即将出台的《节能与新能源汽车产业发展规划》（2011 年~2020 年），为我国新能源汽车的发展指明了方向。 ●在油价和政策的双重影响，节能和新能源汽车将更受关注。油价上涨在一定程 度上影响到消费者利益的同时，也在发挥着它的积极作用，促使一些消费者改变消费习惯。可以预见的是，随着燃油成本上升和消费者对燃油经济性的关注，再加上“节能产品惠民工程”的惠及面不断扩大，小排量、经济型轿车和新能与汽车的市场前景要乐观一些。 ●新能源汽车必将取代传统内燃机汽车。在石油资源枯竭和环境污染严重的双重 压力下，传统汽车产业已经走到了穷途末路，人类再次站在了交通能源动力系统变革的十字路口，以纯电动汽车为代表的新能源汽车将最终取代传统内燃机汽车。 ●新能源汽车有望成为“再次改变世界的机器”。汽车曾被誉为“改变世界的机 器”，在给我们带来快捷交通方式的同时，也产生了能源安全、环境污染和全球气候变暖等一系列问题。目前节能减排已成为全球汽车产业的首要任务，发展新能源汽车产业已成为我国汽车工业的战略方向。 ●中国发展新能源汽车产业的优势。巨大的市场容量，明确的增长预期；政策的

大力扶持；较好的技术储备；众多企业和科研机构的联合攻关；能源状况、自然资源对发展新能源汽车产业比较有利。预计到2015年中国新能源汽车将达到100万辆左右，年均复合增长率在216%左右。 ●初步建立了“三纵三横”的研发布局和技术体系，技术路线基本明确。混合动 力汽车具有较好的节能减排效果，技术上易实现，是近期产业化重点，但其过渡性特征明显；纯电动汽车是中长期发展方向；燃料电池是未来汽车工业发展战略方向。预计“三纵”各类产品将各领风骚数十年。与此同时，多能源动力总成控制、驱动电机和动力蓄电池”三横”技术得到很大提升。 ●产业政策加快新能源汽车技术进步的步伐。国家对私人购买新能源汽车补贴政 策意义重大，政策效果将远大于政府补贴对公交领域新能源汽车的影响。预计国家近期将出台全面、系统的新能源汽车发展规划，为新能源汽车产业发展增添新动力，同时也将成为新能源汽车类股票表现的催化剂。 ●新能源汽车的产业带动作用强。将带动上游矿产资源开采、电池材料制造和充 电设备需求的大幅增长，此外还将产生电池租赁等新的商业模式。整车领域则看好传统汽车基础扎实、具有一定新能源产业链技术、较强整合匹配能力和产业化能力的公司。 ●驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车 车辆行使中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。 ●动力电池是新能源汽车的绿色心脏。动力电池是电动汽车的动力之源，是能量

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)

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

纯电动汽车技术专利竞争态势分析报告文案

纯电动汽车技术专利竞争态势分析报告 首先从纯电动汽车技术的专利区域分布情况来看当前的发展现状。日本区域专利数量领先于其他国家，数量上占据绝对优势。但值得注意的是，中国的专利数量排在日本之后，居于第二，甚至在数量上超过美国专利，而美国、德国和中国在纯电动汽车专利数量上差距并不明显，可以说不分伯仲。同时可以发现，对于汽车技术领域数百万的专利数据而言，该领域的专利绝对数量较少，这主要是因为纯电动汽车技术的大规模开发刚刚兴起，技术发展还有广阔的发展空间。

结合趋势图（图2）来看，可以看到，纯电动汽车专利大部分都是在90年代后申请的，之前专利数量不多，而日本专利自1993年数量开始大幅增加，并于1996年达到顶峰，这表明在1993年前后，纯电动车技术实现了突破，而从近年的情况来看，中国和美国专利数量开始增加，特别是中国，专利数量直线攀升，相比之下日本的专利数量已经呈下降的趋势，这表明纯电动汽车技术在中国和美国这两个汽车最大的消费市场的潜力开始显现。

从图3、图4可知，当前纯电动技术主要技术手段为电源管理、电机控制、系统总成、电源类型、驱动系统、传动系统以及其他设备，其中电源管理占据了较大比重。而纯电动技

术相关的功能效果主要集中在稳定可靠、设计合理、安全性好、提高效率、节约能源、精度高、操作方便上，其中稳定可靠和设计合理占了很大的比例。由此可见当前纯电动汽车技术侧重的是设计制造的合理、安全、可靠性，而汽车各项性能指标的专利不多，研发处于初级阶段。 再结合技术手段的趋势图（图5），可以看到当前电源管理的专利申请量近两年上升势头强劲，是纯电动技术发展中的侧重点和热点所在。 通过上述排名与趋势图的分析，基本上对纯电动汽车的技术与功效的大致情况有了了解，下面进一步通过技术-功效矩阵图，进行更加深入的探讨。下图中，横轴表示各技术手段，纵轴表示各功能效果，交叉点数量表示该相应技术手段实现该功能效果的专利数量，该技术点的专利越多，球形越大。 下面是针对电源管理和电机控制这两项技术所做的技术与功效的剖析。

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。

电动汽车无线充电原理及应用分析

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

_特斯拉纯电动汽车技术分析

收稿日期：2016-02-03；修回日期：2016-02-26 引用格式：郭晓际.特斯拉纯电动汽车技术分析[J].科技导报,2016,34(6):98-104;doi:10.3981/j.issn.1000-7857.2016.06.011 特斯拉纯电动汽车技术分析 郭晓际 特斯拉中国，北京100015 摘要从特斯拉技术路线图及设计原由入手，剖析了特斯拉电动汽车产品在电池、电机、车身材质、安全性、智能化和充电几个方面的技术优势。从特斯拉开放专利的举措，探寻了特斯拉的企业愿景。 关键词 特斯拉；电动汽车技术；智能化 当今汽车技术领域正在发生一场深刻的变革，燃油车在百年汽车发展史上的霸权地位开始动摇。特斯拉于硅谷横空出世，用全新的方式去思考、设计、制造和经营汽车，重新定义电动汽车的概念，让豪华智能电动汽车从图纸变成现实。特斯拉在诞生的时候就确信：这个世界上并不缺少新的消耗着汽油、排放着污染物尾气、有着复杂传动装置的汽车，特斯拉决定站在科技、汽车、能源的交叉口，进行颠覆性的思考和研发。 面对地球环境危机的日益加重，特斯拉坚信转变人类出行方式是化解这场危机的核心。然而汽车电气化仍然有着诸多难题，例如电动汽车能否在性能上比肩甚至超越传统燃油车，特斯拉又是否能够作为行业开拓者打破传统汽车行业坚固的壁垒？本文从特斯拉的技术路线、技术优势和专利开放等方面，分析特斯拉纯电动汽车技术。 1 特斯拉的技术路线及选择 原因 特斯拉的首要任务不是要成为全 球最大的汽车公司，而是要弥补电动汽车长期存在的若干缺陷，并通过惊艳的产品颠覆人们对电动汽车的看法，然后通过竞争使全球汽车巨头不得不去开发自己的电动汽车，其终极目标及公司的宗旨是“尽快在市场上推出大众市场 接受的电动汽车，加速实现可持续交通”。 特斯拉成立之初，遇到的一个大难题就是新技术的早期研发成本会导致产品的价格过高。这也是第一部手机或第一台计算机价格非常昂贵的主要原因。 但是特斯拉是电动汽车领域的首创者，所以即使产品价格昂贵，物有所值也会被人们接受。由于市场上已有质量较好且价格合适的燃油汽车，推出质量与2.5万美元的燃油汽车相当但却要卖10多万美元的电动汽车是行不通的。因此，特斯拉制订了“三步走”的商业计划： 第一阶段：向超级富豪推出高价、小批量汽车。推出第一款产品时价格很高，但确保汽车的高档品位，使其物有所值，即生产出的汽车足以媲美顶级性能车，那么定价为10万美元也就不存在问题。 先生产面向小众的高端 产品，是为了吸引第一批目标顾客成为电动汽车的“铁粉”，向公众证明电动汽车可以达到甚至超越传统燃油汽车的技术水平，特斯拉在第一阶段推出了Roadster （图1）。 第二阶段：以中高端价位向更多相 对富裕的消费者推出中等价位、中等批量生产的电动汽车。借助第一阶段获得的利润，开发第二阶段的汽车。第二阶段的汽车依然比较贵，但其竞争对象更像是7.5万美元价位的奔驰或宝马，而不再是法拉利。 这样做的目的是为了扩大公众对电动汽车的接受面，特斯拉为此推出了 图1 特斯拉第一阶段电动汽车Roadster 98

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。

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。

2018年电子设计竞赛无线充电小车报告

参赛队代码： 2018年天津市大学生电子设计竞赛(TI杯) 设计报告封纸

摘要 本作品主要包括无线充电装置、无线充电电动车和超级电容储能装置。首先先将5V的直流电经过LC自激振荡电路逆变成高频800kHz的交流电，然后在一次侧，通过ATmega16单片机控制舵机动作隔离副边电路，此时继电器常闭触点动作，电容不充电，按下按键继电器恢复，同时定时1分钟,交流电经过发射线圈向接收线圈传递能量，通过磁耦合谐振式无线电能传输方式，接收线圈与接收线圈发生谐振耦合，将电能转换成磁场能量进行传输，从一次侧传送到二次侧的能量经过全桥整流环节后供给超级电容储能，定时结束后继电器动作，发射线圈停止向接收线圈传递能量，同时舵机动作,使得副边电路接通，小车立即启动。通过测试，小车可满足全部要求。 关键词：LC自激振荡逆变；磁感应谐振式无线传能；全桥整流；超级电容

无线充电电动小车（C题） 【本科组】 一、系统方案 本系统主要由单片机最小系统、谐振逆变电路、超级电容储能电路、单相全桥整流装置、继电器、舵机、电动小车运动装置组成，下面分别论证这几个部分的选择。 1、主控制器件的论证与选择 1.1.1控制器选用 方案一：采用stm32f103系列单片机。主频高，但同时也使它的耗能较高，工作电压2.0V-3.6V。而且主芯片引脚复杂，stm32，适合较复杂算法，不符合本题需求。 方案二：采用以增强型ATmega16内核的AVR系列单片机，AVR单片机其显著的特点为高性能、高速度、低功耗、无需外部晶振，工作电压2.7V-5.5V外围电路简单，非常适合本系统的设计。通过比较，我们选择方案二。 1.1.2控制系统方案选择 方案一：PCB印刷电路板—自制印刷电路耗时耗力，会影响整体进度，不宜采用该方案。 方案二：手工焊电路板—由于需要的电路结构较简单，自己焊能缩短实现周期，通过比较，我们选择方案二。 2、逆变电路的论证与选择 方案一：半桥式电路—具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；成本比全桥电路低。但电源利用率比较低，损耗大。同时与驱动信号的连接比较麻烦。 方案二：全桥式电路—与推挽结构相比，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低一半。但使用的开关管数量多，且要求参数一致性好，驱动电路复杂，实现同步比较困难。 方案三：LC自激振荡电路—不需要外部控制信号的驱动，能够完全依靠自身实现振荡，因而控制电路极其简单，极大地提高了整个系统的效率。综合以上三种方案，选择方案三。 3、控制系统的论证与选择 1.3.1无线电能传输方式对比 方案一：电磁感应式 传输功率数瓦，传输距离数毫米-数厘米，充电效率80%。适合短距离充电，转换效率较高；但需要特定摆放位置，才能精确充电，金属感应接触会发热[1]；

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

特斯拉纯电动汽车技术分析_郭晓际

科技导报2016，34（6） 特斯拉纯电动汽车技术分析 郭晓际 特斯拉中国，北京 100015 摘要从特斯拉技术路线图及设计原由入手，剖析了特斯拉电动汽车产品在电池、电机、车身材质、安全性、智能化和充电几个方面的技术优势。从特斯拉开放专利的举措，探寻了特斯拉的企业愿景。 关键词特斯拉；电动汽车技术；智能化 当今汽车技术领域正在发生一场深刻的变革，燃油车在百年汽车发展史上的霸权地位开始动摇。特斯拉于硅谷横空出世，用全新的方式去思考、设计、制造和经营汽车，重新定义电动汽车的概念，让豪华智能电动汽车从图纸变成现实。特斯拉在诞生的时候就确信：这个世界上并不缺少新的消耗着汽油、排放着污染物尾气、有着复杂传动装置的汽车，特斯拉决定站在科技、汽车、能源的交叉口，进行颠覆性的思考和研发。接受的电动汽车，加速实现可持续交 通”。 产品，是为了吸引第一批目标顾客成为 电动汽车的“铁粉”，向公众证明电动汽 车可以达到甚至超越传统燃油汽车的 技术水平，特斯拉在第一阶段推出了 Roads te r（图1）。 特斯拉成立之初，遇到的一个大难 题就是新技术的早期研发成本会导致 产品的价格过高。这也是第一部手机 或第一台计算机价格非常昂贵的主要 原因。 第二阶段：以中高端价位向更多相 对富裕的消费者推出中等价位、中等批 量生产的电动汽车。借助第一阶段获 得的利润，开发第二阶段的汽车。第二 阶段的汽车依然比较贵，但其竞争对象 更像是7.5万美元价位的奔驰或宝马， 而不再是法拉利。 但是特斯拉是电动汽车领域的首 创者，所以即使产品价格昂贵，物有所 值也会被人们接受。由于市场上已有 质量较好且价格合适的燃油汽车，推出 质量与2.5万美元的燃油汽车相当但却 要卖10多万美元的电动汽车是行不通 的。因此，特斯拉制订了“三步走”的商 业计划： 面对地球环境危机的日益加重，特斯拉坚信转变人类出行方式是化解这场危机的核心。然而汽车电气化仍然有着诸多难题，例如电动汽车能否在性能上比肩甚至超越传统燃油车，特斯拉又是否能够作为行业开拓者打破传统汽车行业坚固的壁垒？本文从特斯拉的技术路线、技术优势和专利开放等方面，分析特斯拉纯电动汽车技术。 这样做的目的是为了扩大公众对 电动汽车的接受面，特斯拉为此推出了 第一阶段： 向超级富豪推 出高价、小批量 汽车。推出第 一款产品时价 格很高，但确保 汽车的高档品 1 特斯拉的技术路线及选择 原因位，使其物有所值，即生产出的汽车足以媲美 特斯拉的首要任务不是要成为全 顶级性能车，那球最大的汽车公司，而是要弥补电动汽 车长期存在的若干缺陷，并通过惊艳的产品颠覆人们对电动汽车的看法，然后通过竞争使全球汽车巨头不得不去开发自己的电动汽车，其终极目标及公司的宗旨是“尽快在市场上推出大众市场么定价为10 万 美元也就不存 在问题。 先生产面 图1特斯拉第一阶段电动汽车R oadster 向小众的高端 收稿日期：2016-02-03；修回日期：2016-02-26 引用格式：郭晓际.特斯拉纯电动汽车技术分析[J].科技导报, 2016, 34(6): 98-104; do i: 10.3981/j.i s sn.1000-7857.2016.06.011 98