电动汽车无线充电技术的研究进展.docx

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1、电动汽车无线充电技术的研究进展IEEE制定的（）处于射频电磁场3kHz300GHz的人体平安等级）标准和国际非电离辐射防护委员会ICNIRP制定的（）限制时变电场、磁场和电磁场暴露的导那么1Hz到100kHz或者300GHz以下）规定了高频设备周边电场与磁场强度的限值。图11无干扰情况下电场与磁场强度的公众曝露控制限值针对电磁能量程度不同，考虑我国实际情况，中国可按照（）电磁环境控制限值）GB8702-2021规定的公众曝露控制限值作为电动汽车无线充电系统辐射限值标准。各类标准对于电场强度E和磁场强度H的不同限值示于图11。由图可知，对于现有电动汽车无线充电技术工作频率范围100MHz以内，频

2、率越高，控制限值越低，并且我国的限值要求相对国际标准更为严格，因此对电动汽车无线充电系统的电磁辐射平安性要求更高。图12基于人体模型的SAR值仿真研究针对电动汽车无线充电系统电磁辐射生物平安性，WuH.H等人对Witricity系统做过相关电磁场强度分析，测试了无线充电系统工作时，附近区域人体膝盖，腹股沟，胸部和头部的磁场强度；O.C.Onar等也做了相似的研究，他们测试了一辆电动汽车无线充电经过中，驾驶员一侧前轮、地板、座椅和头枕部位的磁场强度；A.Christ等人基于成人和儿童的人体解剖模型，测量了不同矢状面的电磁波比吸收率SpecificAbsorptionRate,SAR，分析了四线圈

3、式充电系统的辐射对人体的影响，如图12所示。而关于电磁辐射防护方法，现有研究理论中包含主动防护和被动防护。主动防护方法包括参加电磁干扰防护线圈，和用容性线圈代替自谐振线圈，降低谐振频率等，而被动防护主要依赖于铁磁性材料和其他具有较好电磁屏蔽性能材料的应用。3.实用化相关成果3.1各大汽车企业无线充电技术研发进展在国际范围内，针对电动汽车无线充电系统，各大整车企业也在加紧开展技术研发和产品推广：丰田、日产和本田等多家汽车公司联手美国Witricity公司，开发了WiT-3300平板式无线充电系统，其整体传输功率为3.3kW，传输效率达90%，可在100200mm范围内进展充电，而该产品将在202

4、1款英菲尼迪LE豪华电动汽车和2016款PRUIS装配；宝马i8系列车型装备了高通公司的Halo无线充电产品，他们的DD型充电平板在20kHz工作频率下可以实现320kW的功率传输，而适用于汽车行进状态充电的产品可以实现间距在250300mm范围内2030kW的功率传输；汽车零部件制造商博世Bosch那么与美国Evatran公司合作推出了PluglessL2无线充电系统。该产品可无线充电，能辅助驾驶员自动泊车，将装配日产Leaf和雪佛兰ChevyVolt两款车型；德国康稳Conductix、加拿大庞巴迪Bombardier、美国宇航局艾姆斯研究中心NASAAmesResearchCenter、

5、美国HEVOPower公司和美国WAVE公司也纷纷推出了挪动交通无线充电产品。在国内，东风汽车公司联手中兴通讯，在湖北襄阳打造了中国第一条大功率无线充电公交示范线，充电功率达60kW；蜀都客车也与中兴通讯结合推出了全国首个无线充电城市微循环公交解决方案；北汽新能源方案在2021年度下半年度为E150EV车型装配无线充电设备。此外，宇通、长安、奇瑞等汽车制造商也纷纷投入无线充电技术研发行列。3.2实验室装置与样机在千瓦级电动汽车无线充电系统研究方面，国外研究机构主要包括新西兰奥克兰大学、韩国科学技术院、日本埼玉大学、美国橡树岭国家实验室、美国犹他州立大学和美国密歇根大学-迪尔伯恩校区等。新西兰奥

6、克兰大学UniversityofAucklandJ.T.Boys教授团队起步较早，在2000年度即提出了总传输功率17kW的旅客输送车设计方案，2020年度他们提出了功率2kW的平板式磁耦合元件设计方案，并于2021年度改良了磁耦合元件构造，进步了磁场覆盖面积和偏移裕度，降低了制造本钱，其充电平板可同时应用于静止状态充电和行进状态充电；韩国科学技术院KAISTChunT.Rim教授团队的在线式电动汽车OLEV工程可以使行进状态的汽车从公路电网中摄取电能，从2020年度起他们陆续提出了五代设计方案，实现了200mm间距内单体27kW功率的传输；日本埼玉大学SaitamaUniversity在20

7、20年度测试了一种H型磁芯的线圈构造，实现了7cm范围内1.53.0kW的功率传输；美国橡树岭国家实验室OakRidgeNationalLaboratory，ORNL分别于2020年度和2021年度提出了无铁氧体和有铁氧体的磁耦合元件，实现了单体2.5kW和单体3kW的能量传输，但前者体积较大，其磁耦合元件也能同时应用于电动汽车静态和行进状态充电；犹他州立大学UtahStateUniversityHunterH.Wu等在2021年度试验了传输功率5kW的平板式磁耦合元件，系统传输效率超过了90%；美国密歇根大学-迪尔伯恩校区UniversityofMichiganDearborn的Chunti

8、ngChrisMi教授团队那么分别在2021年度和2021年度设计并制作了单体功率8kW和5.6kW的平板式磁耦合元件，直流到直流传输效率均超过95%，其实验装置如图13所示，该装置可以实现的功率与频率的乘积值为目前最大。图13美国密歇根大学-迪尔伯恩校区无线充电实验装置在国内，东南大学、重庆大学、哈尔滨工业大学和中科院电工研究所等，也均开展了适用于电动汽车kW级功率需求的无线充电装置设计与研发工作。东南大学在双中继线圈无线充电系统设计与效率优化方面开展了较多研究；重庆大学提出了电动车在线供电系统配电方案，解决了一些电动汽车无线充电系统实用化问题；哈尔滨工业大学利用高磁导率平板磁芯绕组，设计了

9、1.85kW无线电能传输系统；中科院电工研究所提出了基于电容优化实现无线充电系统传输效率和程度偏移裕度提升的系统设计方案。4.开展趋势4.1技术开展趋势1电力电子拓扑构造与控制算法的创新与优化。无线充电系统性能的进一步提升，很大程度上依赖于功放电路和调谐补偿网络的创新性设计与优化，更需要控制方法的改良。研发出具有高功率因数，低输入阻抗和低匹配难度的电力电子拓扑构造，提出更加准确和稳定的控制方法，对于提升无线充电系统偏移裕度、电路工作稳定性和电能传输效率具有重要意义；2电磁能量传递生物平安。生物平安性是公众关注的重要问题，无线充电系统的推广与应用需要探究更具智能性和通用性的电磁辐射平安主动防护方

10、法；3新材料的引入与无线充电约束机制的改善。引入磁导率、电导率等参数更加优越的先进材料，有助于降低系统损耗，提升电能传输效率，近些年度，超常规电磁材料左手材料、磁电层状复合材料、超导材料等新材料的出现与应用，为充电经过能量损耗的进一步降低提供了可能，也为无线充电系统传输性能提升创造了空间。4.2应用趋势1汽车行进状态充电技术。电动汽车开展瓶颈之一是蓄电池能量密度较低，存储能量较少，而汽车行进状态充电技术，将电能发射线圈直接布置在道路基面以下，可以为行进中的汽车充电，进而使汽车行驶消耗的电能得到及时补充，延长汽车续驶里程；2辅助驾驶技术。将无线充电与自动泊车、自动巡航等辅助驾驶技术相结合，进步整

11、车驾驶性能和无线充电效果；3V2X车辆到电网Vehicle-to-Grid，V2G、车辆到住宅Vehicle-to-Home，V2H等双向电能传输。电动汽车与电网智能双向交融，可以发挥削峰填谷的电能调控作用，使电动汽车真正成为智能化挪动蓄能装置，充分发挥电动汽车的性能。5.总结本文综述了目前电动汽车无线充电技术研究现状，在对无线充电技术体系、类别和技术特点进展总结和提炼的根底上，概述了当前的研究热点，包括：电力电子拓扑构造、磁耦合元件构造、能量传输特性、系统建模、生物平安等，汇总了各大汽车企业和相关研究机构无线充电技术研发进展。该技术将来开展趋势包括：电力电子拓扑构造与控制算法的创新与优化、生物平安和新材料应用等，而应用趋势那么包括：行进状态充电、辅助驾驶和V2X车辆到电网Vehicle-to-Grid，V2G、车辆到住宅Vehicle-to-Home，V2H等双向电能传输等。电动汽车无线充电系统是一种复杂非线性磁电耦合系统，其性能的进一步提升需要在本质科学问题与共性技术体系方面做出更加深化的分析和探究，归纳更具普遍意义的技术方案与控制策略。分析研究进展可以发现，目前仍有很多工程问题有待解决，因此将来几年度，电动汽车无线充电技术仍然是行业热点。