團(tuán)隊介紹

華南理工大學(xué)電力電子系統(tǒng)分析與控制團(tuán)隊現(xiàn)有教授、博士生導(dǎo)師4名，副教授2名，講師1名，博士7名，碩士研究生48名，團(tuán)隊長期從事電力電子系統(tǒng)非線性分析及控制、無線電能傳輸技術(shù)、新能源高效電能變換、先進(jìn)電氣傳動技術(shù)等方面研究。

課題組先后獲得2項國家自然科學(xué)基金重點項目、15項國家自然科學(xué)基金面上項目、1項國家重點研發(fā)計劃項目課題、1項國家科技支撐計劃、1項國家863項目、2項廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專項資金項目、2項粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點突破項目、1項廣東省自然科學(xué)基金團(tuán)隊項目、2項廣東省自然科學(xué)基金重點項目、10項廣東省自然科學(xué)基金面上項目及1項廣東省重大攻關(guān)項目在內(nèi)的30多個項目支持。

發(fā)表SCI、EI檢索論文700余篇，獲得美國專利授權(quán)3項，國內(nèi)發(fā)明專利授權(quán)155項，國內(nèi)實用新型專利授權(quán)294項。獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項、中國專利優(yōu)秀獎3項、廣東省科技進(jìn)步一等獎、中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)明一等獎1項、教育部技術(shù)發(fā)明二等獎1項、廣東省技術(shù)發(fā)明二等獎1項，以及其他省部級科學(xué)技術(shù)獎勵8項。

吳理豪，男，1994年生，博士研究生，主要從事無線電能傳輸機(jī)理及應(yīng)用方面的研究。

張波，男，華南理工大學(xué)的二級教授，中達(dá)學(xué)者、國務(wù)院特殊津貼專家、廣東省丁穎科技獎獲得者、廣東省杰出發(fā)明人獎。現(xiàn)任中國電源學(xué)會副理事長、中國電工技術(shù)學(xué)會無線電能傳輸技術(shù)專業(yè)委員會副主任、廣東省電源學(xué)會理事長、廣東省電源行業(yè)協(xié)會副會長。主要從事新能源高效電能變換及無線電能傳輸技術(shù)的研究。

近年來先后主持過2項國家自然科學(xué)基金重點項目、4項國家自然科學(xué)基金面上項目、1項國家重點研發(fā)計劃項目課題、1項國家科技支撐計劃、1項國家863項目、1項廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專項資金項目、1項粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點突破項目、1項廣東省自然科學(xué)基金團(tuán)隊項目、2項廣東省自然科學(xué)基金重點項目、2項廣東省自然科學(xué)基金面上項目及1項廣東省重大攻關(guān)項目在內(nèi)的30多個項目。

在國際知名出版社Wiley、Springer、科學(xué)出版社出版英文專著6部、中文專著2部，在國內(nèi)外重要刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文500多篇，其中SCI收錄130多篇，EI收錄230多篇；授權(quán)發(fā)明專利130項，其中美國發(fā)明專利3項；獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項、中國專利優(yōu)秀獎3項、廣東省科技進(jìn)步一等獎、中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)明一等獎1項、教育部技術(shù)發(fā)明二等獎1項、廣東省技術(shù)發(fā)明二等獎1項，以及其他省部級科學(xué)技術(shù)獎勵8項。

導(dǎo)語

本文分上、下兩篇，綜述了多年來國內(nèi)外有關(guān)電動汽車靜態(tài)無線充電技術(shù)的主要研究成果。

• 上篇介紹了國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)的研究情況以及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對國內(nèi)外電動汽車無線充電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及電磁安全性研究的進(jìn)展進(jìn)行了論述，討論了電動汽車靜態(tài)無線充電技術(shù)在商業(yè)化過程中亟待解決的問題及今后產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。
• 下篇針對電動汽車靜態(tài)無線充電的關(guān)鍵技術(shù)，從磁耦合機(jī)構(gòu)、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、電力電子變換器以及系統(tǒng)建模與優(yōu)化控制等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出了現(xiàn)有電動汽車無線充電技術(shù)存在的問題，并對未來該領(lǐng)域的研究提出了相關(guān)建議。

研究背景

大力發(fā)展新能源電動汽車，能夠加快燃油替代，減少汽車尾氣排放，對保障能源安全、促進(jìn)節(jié)能減排、防治大氣污染具有重要意義。但由于車載電池容量的限制，續(xù)航里程成為了制約新能源電動汽車發(fā)展的主要瓶頸。

傳統(tǒng)有線充電方式插拔時容易產(chǎn)生火花存在安全隱患、占地面積大、需要人工操作，而無線充電技術(shù)具有安全、便捷、智能等優(yōu)點是電動汽車供電技術(shù)未來發(fā)展的趨勢之一。開展電動汽車無線充電技術(shù)的研究對加快電動汽車的推廣應(yīng)用具有重要意義。

論文主要內(nèi)容

上篇要點

① 電動汽車無線充電技術(shù)研究成果及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

本文從工作頻率、裝置尺寸、傳輸距離、偏移容忍度、效率和輸出功率等方面對近年來國內(nèi)外主要科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)研發(fā)的電動汽車靜態(tài)無線充電系統(tǒng)的性能進(jìn)行了評估與比較。

② 電動汽車無線充電標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)的制定對于電動汽車無線充電技術(shù)的實際應(yīng)用和商業(yè)化具有至關(guān)重要的作用。本文詳細(xì)歸納了國內(nèi)外關(guān)于電動汽車無線充電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

③ 電磁安全性研究

電磁暴露關(guān)系到人體的健康，對系統(tǒng)進(jìn)行電磁安全性評估必不可少，本文總結(jié)對比了國內(nèi)外電磁暴露的安全限值，并綜述了國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于電動汽車無線充電系統(tǒng)對人體健康的影響和電磁屏蔽的研究。

下篇要點

① 磁耦合機(jī)構(gòu)

磁耦合機(jī)構(gòu)的研究主要側(cè)重在提高線圈之間耦合、提高抗偏移能力、減小線圈體積、減少成本等方面，本文對應(yīng)用于電動汽車無線充電的各類型磁耦合機(jī)構(gòu)的特性進(jìn)行了概括與對比。

② 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的選擇需要考慮系統(tǒng)性能、負(fù)載特性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、抗干擾能力等幾方面的要求，本文深入分析了4種基本補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和高階補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出特性，并給出了相應(yīng)的工作條件。

③ 電力電子變換器

在工業(yè)應(yīng)用場合，由于只能獲得工頻的交流電，功率變換器需要將其變換成幾十kHz的高頻交流電。本文系統(tǒng)歸納和比較了現(xiàn)有兩種實現(xiàn)方式（AC-DC-AC多級變換器和AC-AC單級變換器）的優(yōu)缺點。

④ 系統(tǒng)建模與優(yōu)化控制

論述了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型的建模方法和適用場合，并針對電動汽車無線充電時常見的負(fù)載變化、耦合系數(shù)變化、失諧等幾種狀況，對現(xiàn)有的系統(tǒng)優(yōu)化與控制方法進(jìn)行了總結(jié)。

結(jié)論

綜合國內(nèi)外電動汽車靜態(tài)無線充電技術(shù)的研究現(xiàn)狀，可以看到：

① 在研究成果、商業(yè)化方面，目前國內(nèi)外高校、科研機(jī)構(gòu)對于電動汽車靜態(tài)無線充電系統(tǒng)的研發(fā)大多處于工程樣機(jī)階段，而各大企業(yè)側(cè)重在提供解決方案上，仍有不少問題尚待解決：

• 1）促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)換。加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研的有機(jī)結(jié)合，充分利用各大高校、科研機(jī)構(gòu)掌握的前沿核心技術(shù)，并發(fā)揮企業(yè)創(chuàng)新主體的作用；
• 2）完善標(biāo)準(zhǔn)制定。為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供基本保障、應(yīng)用條件、推廣基礎(chǔ)和服務(wù)準(zhǔn)則；
• 3）加強(qiáng)電磁安全性研究。深入研究高頻磁場對人體健康影響以及規(guī)避其對人體可能的危害。

② 在關(guān)鍵技術(shù)方面，已經(jīng)得到了較為充分的研究，但仍有以下幾個方面需要進(jìn)一步提高：

• 1）系統(tǒng)的抗偏移能力。目前主要是從磁耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計、閉環(huán)控制等技術(shù)層面上來提高系統(tǒng)的抗偏移能力，但改善效果有限，有必要從機(jī)理上尋求突破。
• 2）系統(tǒng)的環(huán)境敏感度。電動汽車無線充電應(yīng)用場合較為復(fù)雜，系統(tǒng)內(nèi)阻、諧振頻率等參數(shù)易受到影響，采用磁屏蔽等傳統(tǒng)方式，會增加系統(tǒng)成本與體積，需要進(jìn)一步從原理上對系統(tǒng)抗諧振頻率等固有參數(shù)變化的能力進(jìn)行研究；
• 3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)多是基于多級變換器，成本高、效率低，研究級聯(lián)數(shù)少高效的電力電子變換器，有利于系統(tǒng)性能的整體提升；
• 4）系統(tǒng)動態(tài)模型的建立與魯棒性控制。當(dāng)前對于無線充電系統(tǒng)特性的分析與控制，大都是基于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型，對于系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)、非線性特性的分析還較為缺乏。

引用本文

吳理豪, 張波. 電動汽車靜態(tài)無線充電技術(shù)研究綜述（下篇）[J]. 電工技術(shù)學(xué)報, 2020, 35(8): 1662-1678. Wu Lihao, Zhang Bo. Overview of Static Wireless Charging Technology for Electric Vehicles：Part Ⅱ. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(8): 1662-1678.