- 頭條國內外電動汽車靜態無線充電技術研究成果及產業現狀2021-07-26 作者：吳理豪 張波 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語國內也相繼開展了對電動汽車靜態無線充電的研究，主要的高校、科研機構有重慶大學、哈爾濱工業大學、東南大學、天津工業大學、中科院、清華大學以及華南理工大學等。研究主要集中在系統建模與控制、磁耦合機構優化設計、能量和信息同步傳輸、電磁兼容與電磁屏蔽、負載識別與異物檢測等方面。
目前，國內外高校、科研機構對于電動汽車靜態無線充電系統的研發大多處于工程樣機階段，而各大企業側重在提供解決方案上，電動汽車無線充電技術在產業化、商業化的過程中仍有不少問題尚待解決。
電動汽車無線充電產品的研發應依托最新的科研成果，加強產學研的有機結合，充分利用各大高校、科研機構掌握的前沿核心技術，并發揮企業創新主體的作用，促進科研成果轉換，這將有助于電動汽車靜態無線充電技術商業化進程。
1 國外研究成果及產業現狀
國外開展電動汽車靜態無線充電技術研究的高校、科研機構主要有：新西蘭奧克蘭大學、韓國高等科學技術學院（KAIST）、美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）、美國猶他大學、美國密歇根大學、日本埼玉大學、東京大學等。
研究主要集中在系統建模與控制、磁耦合機構、補償拓撲、抗偏移能力以及電磁泄漏、屏蔽等方面。
其中奧克蘭大學的研究團隊在磁耦合機構研究方面做了大量的工作，并提出了一系列新穎的線圈結構，有效提高了磁耦合機構的性能，并與高通Halo公司建立了深度合作，開發了一系列產品；
韓國高等科學技術學院團隊2014年在20cm傳輸距離下實現了6.6kW的傳輸功率，整機效率達95.57%，同年又提出大小線圈的耦合機構，大大提高了系統的抗偏移能力，并將大小線圈應用在5～15kW的無線充電系統中；
美國橡樹嶺國家實驗室繼2016年成功研發20kW的電動汽車無線充電系統后，在2018年又宣布實現了120kW的大功率無線充電系統，效率更是高達97%；美國密歇根大學Chris Mi教授團隊2015年提出了應用于電動汽車的雙邊LCC補償拓撲結構，實現了輸出電流與負載的解耦，該拓撲得到了廣泛應用。
此外，美國高通Halo、Evatran、Momentum Dynamics、WiTricity、HEVO POWER以及加拿大ELIX和Bombardier等國外各大公司、企業也投入了大量財力、物力進行電動汽車無線充電技術的研究。
其中美國高通公司的Halo系統已實現3.3～20kW的輸出功率，整機效率大于90%；美國WiTricity公司面向純電動汽車和混合動力汽車的無線充電系統Drive 11，最高可提供11kW的輸出功率，效率最高達93%，并在2018年與寶馬公司合作推出了全球首款出廠配備無線充電功能的汽車——BMW 530e iPerformance，充電功率為3.6kW。
加拿大ELIX公司采用磁動力耦合MDC技術實現了7.7kW的輸出功率；美國Evatran公司提出的PLUGLESS無線充電系統也已實現3.6kW和7.2kW的功率傳輸，裝置分別定價為5999美元和12999美元，并為特斯拉Model S、寶馬I3、日產LEAF、雪佛蘭volt等車型提供無線充電技術支持。
Momentum Dynamics公司提出的Momentum無線充電系統最大輸出功率可達200kW，效率達95%，并與美國Link Transit公司合作成功將其應用在電動公交車無線充電上；另外，在2019年2月11日WiTricity公司宣布收購高通Halo公司部分技術平臺和知識產權，此前高通和WiTricity公司一直與國際標準組織合作，此次收購將有利于標準的統一化，加速電動汽車無線充電的商業化。
總體來說，國外各大相關企業在電動汽車無線充電領域處于較為領先的水平，也進行了一定的商業化嘗試。
表1從工作頻率、線圈尺寸、傳輸距離、偏移容忍度、效率和傳輸功率等方面總結了近年來國外主要科研機構、企業在電動汽車靜態無線充電技術研究方面所達到的水平。從表1中可知，對于kW級電動汽車無線充電系統的研究，目前國外已經取得較大進展，傳輸距離在10～25cm之間，且具備一定的抗偏移能力，基本能實現大于90%的效率，頻率控制在100kHz以內。
表1 國外靜態無線充電研究成果
2 國內研究成果及產業現狀
國內也相繼開展了對電動汽車靜態無線充電的研究，主要的高校、科研機構有重慶大學、哈爾濱工業大學、東南大學、天津工業大學、中科院、清華大學以及華南理工大學等。研究主要集中在系統建模與控制、磁耦合機構優化設計、能量和信息同步傳輸、電磁兼容與電磁屏蔽、負載識別與異物檢測等方面。
東南大學黃學良教授于2013年研發了國內首輛采用無線充電方式供電的電動汽車，另外該團隊對電動汽車無線充電的電磁泄漏、電磁屏蔽以及線圈設計等方面也都開展了相應的研究。
重慶大學孫躍教授團隊是國內較早開展電動汽車無線充電研究的團隊，該團隊針對電動汽車的磁耦合機構、系統建模與控制等方面進行了研究，在2013年提出了一種電動汽車能量互充系統，在2015年利用雙層DD線圈的磁耦合機構實現了10kW的電動汽車無線充電系統。
哈爾濱工業大學朱春波教授團隊提出了基于超級電容的無線供電系統，設計了3kW的無線充電系統。
天津工業大學楊慶新教授團隊搭建了基于風光互補直流微電網的電動汽車無線充電示范工程，實現了6kW的充電功率，同時該團隊對電動汽車無線充電電磁安全也進行了相關研究。
此外，中科院電工研究所的王麗芳教授團隊和清華大學的趙爭鳴教授團隊對電動汽車無線充電系統進行了深入且系統的研究。
國內也有不少企業開展了電動汽車無線充電技術的研究，主要有中興新能源汽車、中惠創智無線供電技術有限公司、廈門新頁科技有限公司、北京有感科技有限責任公司、蘇州安潔無線科技、浙江萬安科技股份有限公司、青島魯渝能源科技有限公司等。
其中，中興新能源汽車在2014年實現了最大60kW的輸出功率，效率達90%。中惠創智無線供電技術有限公司自2015年起開始對kW級電動汽車無線充電系統進行研究，目前已實現輸出功率為1～30kW的無線充電系統，傳輸效率大于90%。
有感科技有限責任公司也已開發完成3～30kW電動汽車無線充電設備，可以滿足電動乘用車、商用車的充電需求，且從地面電源到車載電池的能量轉化效率最高可達95%。此外，安潔無線科技公司也推出了相應的發射、接收線圈以及控制器等模塊。
但國內大部分企業還處于研發階段，未展開大規模的商業化服務。表2列出了國內主要相關高校、企業的部分研究成果。
表2 國內靜態無線充電部分研究成果
本文編自《電工技術學報》，原文標題為“電動汽車靜態無線充電技術研究綜述”，作者為吳理豪、張波。
