近年來(lái)，隨著無(wú)線電能傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)在電動(dòng)汽車行業(yè)中的應(yīng)用地位越發(fā)凸顯，各國(guó)科研機(jī)構(gòu)與各大車企開始研究電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)。無(wú)線充電技術(shù)以其運(yùn)行安全、靈活便捷和低維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注，是未來(lái)電動(dòng)汽車供電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。電動(dòng)汽車靜態(tài)無(wú)線充電技術(shù)指在定點(diǎn)區(qū)域鋪設(shè)發(fā)射線圈，將電網(wǎng)的電能傳輸?shù)綆в薪邮站€圈的電動(dòng)汽車，這種充電技術(shù)相比較傳統(tǒng)的有線充電技術(shù)具有充電方式靈活、安全性高、無(wú)人值守等優(yōu)勢(shì)。但動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)對(duì)于電動(dòng)汽車行業(yè)的應(yīng)用來(lái)說有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，如續(xù)航里程長(zhǎng)、車載電池?cái)y帶量小等。為此，各國(guó)開始研究電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)。

新西蘭奧克蘭大學(xué)與德國(guó)康穩(wěn)公司合作研制出世界上第一臺(tái)無(wú)線充電的電動(dòng)汽車，功率等級(jí)為30kW，與此同時(shí)還研制出功率等級(jí)為100kW、軌道長(zhǎng)為400m的無(wú)線供電樣機(jī)。韓國(guó)高等科學(xué)技術(shù)學(xué)院展開了在線電動(dòng)汽車移動(dòng)式無(wú)線充電項(xiàng)目，對(duì)其電動(dòng)汽車在移動(dòng)過程的系統(tǒng)能量傳輸效率、電能耦合機(jī)構(gòu)的間距等熱點(diǎn)問題進(jìn)行了深入研究，并于2015年在韓國(guó)南部龜尾市建立了一條12km長(zhǎng)的電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)供電示范工程，可以為路上行駛的電動(dòng)公交車供電。美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）等單位也都展開了相應(yīng)的研究。

我國(guó)在電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)的研究與國(guó)外相比較晚。重慶大學(xué)針對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電系統(tǒng)中的傳輸損耗問題，設(shè)計(jì)了一種高壓傳輸-低壓激勵(lì)的高效配電方案，并探討了電能耦合機(jī)構(gòu)分段連續(xù)切換方法。

為解決分段導(dǎo)軌在切換過程中產(chǎn)生的尖峰電流對(duì)電力電子器件的沖擊問題和在發(fā)射線圈采用分段導(dǎo)軌形式的電動(dòng)汽車無(wú)線供電系統(tǒng)中線圈切換時(shí)存在的互感急劇下降及汽車位置檢測(cè)困難的問題，重慶大學(xué)提出了一種基于能量自由振蕩模式的電動(dòng)汽車無(wú)線供電導(dǎo)軌切換方法，實(shí)現(xiàn)了供電導(dǎo)軌的軟切換，還提出了一種對(duì)嵌式電能發(fā)射線圈以及雙線圈式車體位置檢測(cè)傳感器。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)對(duì)電能耦合機(jī)構(gòu)、控制策略、電磁兼容等方面展開了研究，并介紹了動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)瓶頸問題的前期研究工作，利用互感耦合模型對(duì)電能耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)行了電路分析，通過仿真對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)充電系統(tǒng)進(jìn)行了暫態(tài)分析，提出了基于磁場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)的接收端定位方法。

華中科技大學(xué)對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)能量傳輸過程中原邊線圈的供電管理問題進(jìn)行了深入的探討，提出了一種基于副邊主動(dòng)激勵(lì)探測(cè)的具有分散控制邏輯的接力方法，保證只對(duì)提出無(wú)線充電請(qǐng)求的電動(dòng)汽車下方的原邊線圈激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)定位和局域供電，并針對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)線充電過程中系統(tǒng)傳輸功率容易隨橫向偏移距離變化而急劇變化的問題，提出了一次側(cè)補(bǔ)償拓?fù)洌鰪?qiáng)了系統(tǒng)的抗偏移能力。

天津工業(yè)大學(xué)針對(duì)電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)中充電電池體積大、充電時(shí)間長(zhǎng)、續(xù)航能力不足等問題，提出了一套發(fā)射線圈可選擇性開斷的電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)充電方案，通過探討系統(tǒng)電能傳輸效率與各參數(shù)之間的關(guān)系，得到了系統(tǒng)傳輸效率的變化規(guī)律。并針對(duì)電能耦合機(jī)構(gòu)近距離、弱偏移的特點(diǎn)，結(jié)合諧振耦合式結(jié)構(gòu)易受干擾的問題，提出了緊-強(qiáng)耦合協(xié)同工作機(jī)構(gòu)；針對(duì)應(yīng)用于高鐵的動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)，提出了一種可調(diào)發(fā)射端功率因數(shù)的驅(qū)動(dòng)器頻率同步跟蹤發(fā)射線圈固有頻率的頻率跟蹤控制技術(shù)，確保系統(tǒng)工作在最佳功率因數(shù)角下的諧振狀態(tài)，有效地提升了系統(tǒng)的輸電效率。

本文針對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)供電過程中傳輸效率的波動(dòng)和接收電流的波動(dòng)問題，提出了一種具有自檢測(cè)步進(jìn)切換功能矩形發(fā)射端和車載三線圈接收端結(jié)構(gòu)，根據(jù)電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)充電的充電特性，對(duì)原邊逆變電壓與電流加以分析，提出發(fā)射端線圈的控制策略；建立其車載三線圈接收端結(jié)構(gòu)模型，通過實(shí)驗(yàn)分析，可得出該車載多重線圈拾取電能結(jié)構(gòu)能夠有效減小電能耦合機(jī)構(gòu)間的耦合系數(shù)k、系統(tǒng)傳輸效率、接收端電壓與電流隨電動(dòng)汽車前進(jìn)過程中的波動(dòng)。

圖2 電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

圖9 動(dòng)態(tài)無(wú)線供電仿真模型

圖11 電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖12 電能傳輸線圈內(nèi)部結(jié)構(gòu)

總結(jié)

本文針對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電過程中，電能耦合機(jī)構(gòu)間耦合系數(shù)、車載接收端電流電壓、以及系統(tǒng)傳輸效率的波動(dòng)問題，通過分析電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電過程中供電特性，提出了一種具有自檢測(cè)步進(jìn)切換功能的矩形發(fā)射端控制策略。

該方案能夠在電動(dòng)汽車行進(jìn)過程中實(shí)現(xiàn)發(fā)射端的自檢測(cè)與切換功能。構(gòu)建了功率等級(jí)為5kW，軸向間距為13cm，發(fā)射線圈間距30cm的電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分析了電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)中對(duì)動(dòng)態(tài)傳輸效率的影響因素，提出了三線圈車載接收端結(jié)構(gòu)。

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性，在很大程度上提高了耦合機(jī)構(gòu)間的動(dòng)態(tài)耦合系數(shù)，傳輸效率最低點(diǎn)提升了36.9%，最大效率點(diǎn)提升了41.9%。驗(yàn)證了該方案的可行性。