課題名稱：關(guān)于電動(dòng)汽車上無線電能傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

摘要在全球能源短缺與環(huán)境污染的背景下，電動(dòng)汽車得到迅速發(fā)展。但是電池技術(shù)的限制，續(xù)航能力差，充電時(shí)間長(zhǎng)，每次充滿電所行駛的路程短，都制約了電動(dòng)汽車的推廣?；谝陨蠁栴}，本文主要研究無線電能傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)及在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用，主要比較分析了無線傳輸系統(tǒng)的主流充電方式以及電能傳輸原理，并設(shè)計(jì)線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；分析了影響電磁耦合技術(shù)充電效率的因素，給出仿真數(shù)據(jù)找出問題；介紹分析無線充電技術(shù)在各種用途車上的應(yīng)用價(jià)值；分析基于電網(wǎng)穩(wěn)定性無線電能傳輸?shù)撵o態(tài)方式、動(dòng)態(tài)傳輸方式，并提出一對(duì)一與一對(duì)多的充電設(shè)計(jì)；最后對(duì)全文總結(jié)與無線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車，無線電能傳輸技術(shù)，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)

目錄TOC\o"1-3"\h\u17765一、前言 前言在當(dāng)今世界上，對(duì)人們生存影響最為嚴(yán)重的是全球性的化石能源短缺和環(huán)境污染情況的加劇，致使人們的生活與健康受到了嚴(yán)重的威脅，但是由于這些威脅的出現(xiàn)反而推動(dòng)了世界各國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展，因此電動(dòng)汽車生產(chǎn)廠家對(duì)電動(dòng)汽車的研發(fā)加大了資金和人才的投入，因此電動(dòng)汽車行業(yè)得到了蓬勃而迅猛的發(fā)展。但是電動(dòng)汽車在推廣上經(jīng)常受到限制，究其原因就是電動(dòng)車的持續(xù)續(xù)航能力差，行駛距離大約是200公里左右，這樣的行駛車況不會(huì)滿足人們的長(zhǎng)途或長(zhǎng)時(shí)間的使用。所以本篇文章分析了無線電能傳輸技術(shù)的基本原理，討論了驅(qū)動(dòng)電池的充放電特性，選擇最適合于純電動(dòng)汽車的無線充電方法，簡(jiǎn)要的分析了無線充電系統(tǒng)的架構(gòu)和組成。（1）在當(dāng)前技術(shù)情況下大概可以分成三種充電方式，本章主要是對(duì)這三種無線電能傳輸方式的比較與分析。簡(jiǎn)單的分析了電磁耦合式無線電能傳輸技術(shù)、共振式無線電能傳輸技術(shù)以及電波式無線電能傳輸技術(shù)的原理，為各種無線電能傳輸技術(shù)建立了等效電路模型，\t"C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/Rar$EXa0.297/PaperPass-%E6%97%97%E8%88%B0%E7%89%88-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"建立各種無線電能量傳輸技術(shù)的等效電路模型，并模擬無線電傳輸技術(shù)的電路模型，比較目前的三種技術(shù)并分析其特點(diǎn)以選擇最佳的充電方法。（2）本篇文章不僅僅要對(duì)耦合諧振無線電能傳輸技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的探討，還要用仿真的方式對(duì)無線充電的充電效率以及發(fā)射線圈與接收線圈之間的互感值進(jìn)行分析。結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)無線電能傳輸技術(shù)的的現(xiàn)實(shí)價(jià)值以及應(yīng)用情況進(jìn)行深入淺出的研究。（3）在電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上要考慮現(xiàn)實(shí)的因素，根據(jù)實(shí)際情況需要對(duì)無線電能傳輸技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。目前無線電能傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施是由五個(gè)單元組成：電能預(yù)處理單元、電能的傳輸裝置、電能的接收裝置、對(duì)蓄電池的充電控制單元以及電池的負(fù)載優(yōu)化單元。還提出一對(duì)多充電技術(shù)目的是改進(jìn)并優(yōu)化靜態(tài)無向充電系統(tǒng)。再就是根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求，順應(yīng)人們的需要，目的是使電動(dòng)汽車持續(xù)續(xù)航能力加強(qiáng)，結(jié)合了無線電能的動(dòng)態(tài)傳輸技術(shù)，想出了在高速公路上移動(dòng)充電的假設(shè)，采用了動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)。緒論課題研究背景隨著全球工業(yè)的發(fā)展，加大了對(duì)傳統(tǒng)化石能源的需求，由于化石能源是不可再生資源，結(jié)果導(dǎo)致傳統(tǒng)能源的枯竭，化石能源的過度使用造成了全球氣候變暖、環(huán)境污染嚴(yán)重，制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響了環(huán)境。為了讓經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)可以同時(shí)進(jìn)行，節(jié)能、低污染、低能耗的產(chǎn)品日益受到人們的青睞。最主要的的一方面，汽車的石油消耗是耗能與污染環(huán)境的重要原因，所以，電動(dòng)汽車便孕育而生。近幾年，電動(dòng)汽車的研發(fā)得到了空前的發(fā)展，純電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車便相繼開發(fā)出來，但是混合動(dòng)力汽車只是傳統(tǒng)汽車的過度產(chǎn)品，所以具有節(jié)能、不排放污染物等優(yōu)點(diǎn)的純電動(dòng)汽車是廠商的研發(fā)主要方向。由于電池容量、充電模式和電池壽命等各種因素，電動(dòng)車輛無法進(jìn)行長(zhǎng)途和長(zhǎng)時(shí)間行駛，無法滿足人們的遠(yuǎn)距離出行，并且充電時(shí)間較長(zhǎng)，不適合在中長(zhǎng)距離的航行的過程中像加油站一樣快速進(jìn)行驅(qū)動(dòng)能量補(bǔ)給，若想電動(dòng)汽車得到全面普及，其中最為主要的一方面是對(duì)驅(qū)動(dòng)電池的充電技術(shù)進(jìn)行改良優(yōu)化，如何高效，短時(shí)間的充滿電是關(guān)鍵。然而在目前的生活中，電動(dòng)汽車充電就是拉電線進(jìn)行插接充電，也就是有線充電，若在戶外充電就需要相應(yīng)的配置一定數(shù)量的充電樁，不過，長(zhǎng)時(shí)間行駛也就是高速長(zhǎng)途行駛不可能做到在每一個(gè)需要充電的位置進(jìn)行布置。還有一個(gè)原因就是受到技術(shù)的限制，大量的充電樁的同時(shí)使用破壞配電網(wǎng)的安全性，同時(shí)給用戶配電帶來了隱患。在現(xiàn)在的技術(shù)情況下充電樁只能同時(shí)對(duì)一輛車進(jìn)行充電，充電樁體占用的空間很大，無法向加油站一樣普遍的推廣，這就導(dǎo)致了一種情況：因?yàn)槌潆姌稊?shù)量的短缺，不能滿足同時(shí)對(duì)大量汽車充電的需要。還有一大優(yōu)勢(shì)，無線充電技術(shù)在充電的全過程中不需要拉扯電線，也就是說沒有能暴露在外邊的充電接口，這樣就不占用地表空間，但其作用比有線電能傳輸?shù)膬r(jià)值更大，即無線電能夠傳輸不僅僅可以對(duì)靜止不動(dòng)的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，還可以對(duì)在行進(jìn)中的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，其工作范圍更廣，還具有較高的安全性，并且充電智能也可人為控制，配置方案各種各樣，靈活多變。物理學(xué)家尼古拉·特斯拉在19世紀(jì)末20世紀(jì)初創(chuàng)造出了“特斯拉電圈”這是一個(gè)令人稱奇的發(fā)現(xiàn)[1]。雖然現(xiàn)在常見，但其價(jià)值卻是巨大，而且制作材料以普通黃銅線圈為原材料，工作原理是使其纏繞在電磁電能轉(zhuǎn)化器，能夠在一定范圍實(shí)現(xiàn)無線傳輸電能。然而，由于轉(zhuǎn)化效率低下，技術(shù)不成熟的制約，無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用困難，在電力系統(tǒng)中大規(guī)模的應(yīng)用更是難上加難。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，經(jīng)過多年的研究，無線電能傳輸技術(shù)相對(duì)成熟，在此基礎(chǔ)上，無線電力傳輸技術(shù)又一次進(jìn)入了大家的視野。無線電能傳輸技術(shù)的傳輸方式有三種方法，第一種傳輸方式是感應(yīng)耦合式，通過電磁感應(yīng)“磁耦合”的原理方法進(jìn)行電能傳輸，然而，這種充電方法傳輸距離短，在運(yùn)行過程中對(duì)供收端位置要求比較準(zhǔn)確，但其優(yōu)勢(shì)是電能傳輸效率很高，還有就是這種方法適合應(yīng)用于無線充電技術(shù)當(dāng)中，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，相對(duì)來說比較容易實(shí)現(xiàn)。第二種傳輸方式是通過電能以“磁共振”的形式傳輸，這種傳輸方式被人們稱為耦合諧振式，這種電能傳輸方式的一大特點(diǎn)是非輻射性，電磁波集中，轉(zhuǎn)化充分。相對(duì)而言，這種方式傳輸效率較高，架構(gòu)靈活，因以上優(yōu)點(diǎn)成為現(xiàn)階段無線充電行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。第三種方式是把電能轉(zhuǎn)換成微波的形式進(jìn)行電能傳輸，這種傳輸方式被統(tǒng)稱為微波輸能式，其通俗的來說，就是發(fā)射端將電能轉(zhuǎn)化成電磁波，然后被接收端的接收天線接受，通過整流濾波后使用，但是這種方式缺點(diǎn)明顯，能效低下。無線電能傳輸技術(shù)（WirelessPowerTransfer,WPT）其核心原理就是將電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)進(jìn)行電能傳輸，而不是像扯一根電線進(jìn)行插接充電，不通過有線傳輸電能。無需接觸，安全性、可操作性強(qiáng)，智能化等優(yōu)點(diǎn)，是無線電能傳輸比有線電能傳輸?shù)母哂型茝V潛力的一大優(yōu)勢(shì)，還有就是對(duì)充電設(shè)備的檢修周期被縮短，定期維護(hù)的循環(huán)時(shí)間被延長(zhǎng)，使該產(chǎn)品對(duì)人員配比減少而且一個(gè)人可以更快的完成檢修任務(wù)，這樣人均管理范圍更為廣泛，節(jié)省了不必要的開支，更加經(jīng)濟(jì)高效。另外，在車輛集中停放的區(qū)域安裝無線電能傳輸系統(tǒng)，這樣給電動(dòng)汽車充電就像是廣播，在這個(gè)范圍內(nèi)可以同時(shí)對(duì)所有的電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，前提是得到電動(dòng)汽車智能系統(tǒng)的充電許可[2]。同時(shí)，將AC-DC轉(zhuǎn)換部分將電能傳輸?shù)脚c配電網(wǎng)用線路連接的電能發(fā)射裝置，然后以磁場(chǎng)為媒介，將電能分散到電動(dòng)汽車的接收端，從而對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，這樣就可以對(duì)許多的的電動(dòng)汽車同時(shí)充電，還不影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，對(duì)電網(wǎng)的安全有重要意義。圖1-1所示為電動(dòng)汽車無線充電示意圖,其組成是有兩部分，一個(gè)是電能的發(fā)射部分，另一個(gè)是電能的接收部分。發(fā)射部分是通過發(fā)射線圈進(jìn)行電能發(fā)射，不過要與電源部分相連接，中間還要對(duì)電能進(jìn)行控制和處理。接收部分是由接收線圈將發(fā)射端的電磁進(jìn)行接收，后經(jīng)過電路的處理和控制部分對(duì)電能處理然后傳輸?shù)杰囕d電池上，這方法就是種無線方式的從安置在外部的發(fā)射裝置轉(zhuǎn)換到車載電池中。圖1-1電動(dòng)汽車無線充電示意圖在國(guó)內(nèi)外無線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展情況在1820年代，無線傳輸?shù)南敕ㄊ怯商厮估岢龅?。從那時(shí)起，研究人員一直在努力探索并致力于無線傳輸。自麻省理工學(xué)院于2007年提出基于核磁共振的無線電能量傳輸技術(shù)以來，各國(guó)專家開始進(jìn)行研究[3]。首先，他們研究低壓設(shè)備，如應(yīng)用在手機(jī)，牙刷，筆記本電腦上等，之后又對(duì)電動(dòng)汽車等高壓設(shè)備開展了探究與實(shí)驗(yàn)。如今，世界各國(guó)都發(fā)現(xiàn)無線充電的潛力正在積極投資于無線充電技術(shù)的研究，并增加對(duì)資金和人力的投資，在大規(guī)模的研發(fā)當(dāng)中，已研發(fā)出了有無線充電設(shè)備，并將其應(yīng)用于商業(yè)中，包括低壓充電設(shè)備和高壓無線充電設(shè)備—移動(dòng)與電動(dòng)汽車，下面簡(jiǎn)要介紹電動(dòng)汽車無線充電的研究和應(yīng)用。國(guó)外研究現(xiàn)狀無線充電技術(shù)是由國(guó)外提出，并有線探究，研究成果較為成熟，已將其技術(shù)應(yīng)用在了商業(yè)中。其中日本的汽車制造商最引人注目，研究開發(fā)歷史悠久，派專家遠(yuǎn)赴歐洲交流，并取得了一定的成效，現(xiàn)在我國(guó)各大高校和汽車制造商也積極地致力于這方面的研究。日本豐田率先進(jìn)行無線充電研究，為RAV4電動(dòng)汽車開發(fā)了一種4到5級(jí)電力變換無線充電裝置[4]。然后通過模擬和實(shí)驗(yàn)，用6.6KW的充電功率設(shè)備進(jìn)一步分析了影響因素，通過錯(cuò)配線圈，分析出無線充電的充電效率的變化情況，得出了結(jié)論：在線圈匹配條件下，系統(tǒng)耦合程度較好，充電效率更高。當(dāng)無線充電裝置的電源被DC取代時(shí)，充電功率可達(dá)到12kW，匹配線圈的充電效率可達(dá)到95.14%，但充電時(shí)間較長(zhǎng)[5]。為了研究清楚交流供電與直流供電那個(gè)效率更高，做了大量的仿真與實(shí)驗(yàn)，通過結(jié)果表明用交流電當(dāng)電源的無線充電技術(shù)的充電效率更高，當(dāng)耦合度最高且充電功率最大時(shí)，當(dāng)發(fā)射線圈與接收側(cè)線圈之間的距離小于40cm時(shí)，無線電充電效率更佳，充電效果較好。提出了一種無線充電設(shè)備的等效模型。目的是研究與配電網(wǎng)相連的電動(dòng)汽車的暫態(tài)過程。研究發(fā)現(xiàn)，電流值對(duì)無線充電暫態(tài)過程的影響較大。運(yùn)用這樣的等效模型就可以模擬無線充電的開始工作的狀態(tài)，而且能夠精確的計(jì)算出接通時(shí)的數(shù)據(jù)變化[6]。在日本，2012年進(jìn)行一項(xiàng)研究實(shí)驗(yàn)，日本的汽車制造商日產(chǎn)集團(tuán)進(jìn)行的試驗(yàn)。所用的車型是聆風(fēng)型汽車，在這款車上加裝了電磁感應(yīng)式無線充電系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)過程中，感應(yīng)式無線充電系統(tǒng)試用了兩種充電方式，首先是將無線電能的發(fā)射端安裝在了停放車輛的兩側(cè)，車輛的的電磁接收裝置就相應(yīng)的安裝在了與之相對(duì)應(yīng)的汽車的兩邊，這樣就可以實(shí)現(xiàn)最大的傳輸效率[7]。之后又將發(fā)射裝置埋在了車位的相應(yīng)位置，當(dāng)車輛開進(jìn)車位時(shí)，車上電磁接收端感應(yīng)到了電磁能量，就會(huì)進(jìn)行選擇性的充電。其充電的指令控制首先是人主動(dòng)的選擇，若認(rèn)為的選擇了充電，然后經(jīng)智能系統(tǒng)判定，是否符合充電標(biāo)準(zhǔn)，若果確定，就自行充電。這樣的充電模式遇到了雷雨天氣會(huì)比有線充電安全的多，因?yàn)闆]有任何充電端口會(huì)裸露在外，并且無線電能傳輸系統(tǒng)的安裝會(huì)做防水防潮設(shè)計(jì)等安全措施，保障使用安全。在2014年，豐田汽車制造公司就利用電磁共振的方式給電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，其實(shí)驗(yàn)的方法在汽車停車場(chǎng)或汽車停車庫(kù)分別在上部和下面同時(shí)安裝無線電能的發(fā)射系統(tǒng)，在車輛的頂部和底盤上分別安裝了電磁的接收裝置[8]。就像廣播一樣可以對(duì)一定范圍內(nèi)的所有符合充電程序的電動(dòng)汽車同時(shí)充電。如圖1-2所示。圖1-2豐田汽車無線充電測(cè)驗(yàn)圖國(guó)內(nèi)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀在中國(guó)國(guó)內(nèi)無線充電技術(shù)起步晚，不過清華大學(xué)和一些理工類大學(xué)在加大人才投入和資金投入。變壓器的結(jié)構(gòu)和電能傳輸效率之間的關(guān)系由重慶大學(xué)無線電能傳輸科研小組進(jìn)行分析分，并取得了一些成果。同時(shí)，還探究了一些其他問題，即如何在再傳輸過程中保持最大功率輸出功率輸[9]。負(fù)載電壓控制和頻率分叉現(xiàn)象等熱點(diǎn)問題是西安交通大學(xué)王兆安教授進(jìn)行了深切的研究的。盡管與日本，歐洲和美國(guó)相比，我國(guó)在無線充電領(lǐng)域起步較晚，但是通過我們科研人員的不懈努力，成功開發(fā)出了一些案例。北汽E150的電動(dòng)汽車配備無線充電裝置。在充電速度方面，該設(shè)備可以在30分鐘內(nèi)完全充電[10]。但是這套充電設(shè)備有很大的弊端，首先需要用戶能夠精確的將車停放在相應(yīng)的位置，這在現(xiàn)實(shí)情況中是不容易實(shí)現(xiàn)。除此之外，比亞迪、東風(fēng)汽車等中國(guó)制造廠商正積極研究無線充電技術(shù)。若要電動(dòng)汽車能夠順利的推廣和普及，就需要對(duì)無線電能傳輸技術(shù)的的改進(jìn)和優(yōu)化，切實(shí)解決傳輸功率、充電效率、充電距離等一些關(guān)鍵性問題[11]。本文研究?jī)?nèi)容在未來的社會(huì)中電動(dòng)汽車肯定會(huì)大規(guī)模的普及，與之對(duì)應(yīng)的供電網(wǎng)絡(luò)也必將大規(guī)模的改建，電動(dòng)汽車的配電網(wǎng)絡(luò)在整體的配電網(wǎng)中的比重會(huì)越來越大。無線電能傳輸系統(tǒng)作為未來電動(dòng)汽車的主流充電方式將成為電動(dòng)汽車配電網(wǎng)絡(luò)中的駐足輕重力量。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）分析關(guān)于電動(dòng)汽車上無線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用情況。首先對(duì)電池的充放電進(jìn)行建模，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)模擬電池在電動(dòng)汽車上的充放電特性。然后，針對(duì)各種型號(hào)的的電動(dòng)汽車充電要求，具體分析無線電能傳輸系統(tǒng)在各種電動(dòng)汽車上的現(xiàn)實(shí)問題，將之解決并應(yīng)用，找出無線充電技術(shù)的價(jià)值。（2）無線充電技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求，符合實(shí)際的提出無線電能傳輸系統(tǒng)，對(duì)無線電能的靜態(tài)充電這一方面設(shè)計(jì)出具體的充電組成部分，大致流程為電能預(yù)處理、發(fā)送、接收、充電控制以及電池負(fù)載五部分，并且對(duì)每部分的線路設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。不僅提出車輛不行駛的情況下一對(duì)一的靜態(tài)充電系統(tǒng)的線路設(shè)計(jì)圖，還要設(shè)想在車輛較多的時(shí)候充電狀況，設(shè)計(jì)一個(gè)電磁發(fā)射端發(fā)射電磁可以由許多接收端接受的一對(duì)多的無線電能傳輸方式，且經(jīng)試驗(yàn)后對(duì)其改進(jìn)和優(yōu)化。另外，根據(jù)電動(dòng)汽車行駛過程中的充電需要，設(shè)計(jì)出一種動(dòng)態(tài)的電能傳輸系統(tǒng)，可以在汽車行駛過程中進(jìn)行電能傳輸，給出電能傳輸?shù)墓ぷ鬟^程。（3）對(duì)全文的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，設(shè)想無線電能傳輸未來的應(yīng)用。對(duì)本篇文章所提出的問題，假設(shè)，以及設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，聯(lián)系現(xiàn)實(shí)情況，提出對(duì)無線電能傳輸系統(tǒng)的改良方法，還要提出現(xiàn)實(shí)生活中電動(dòng)汽車的充電計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。

分析關(guān)于電動(dòng)汽車上無線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用情況對(duì)目前國(guó)內(nèi)外在電磁共振式電能傳輸領(lǐng)域還都處于初步試驗(yàn)階段，仍然存在諸多技術(shù)難題。然而，磁共振無線充電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更大的功率輸出，并且傳輸距離可以達(dá)到3-4米。它可以實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)電能傳輸，距離適中，傳輸功率大，在電動(dòng)汽車無線充電過程中的應(yīng)用越來越多，成為電動(dòng)汽車充電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在本章，主要分析無線電能傳輸?shù)男逝c原線圈與副線圈之間的距離和互感值之間的關(guān)系；研究無線電能技術(shù)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，對(duì)各類電動(dòng)汽車充電狀況，以便對(duì)系統(tǒng)的改良優(yōu)化。對(duì)諧振式無線電能傳輸功率分析通過對(duì)三種無線電能傳輸技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)比較可：若要求需要高的傳輸功率和傳輸效率，這是就可以選擇電磁諧振式無線電能技術(shù)，不過該技術(shù)要求原線圈與副線圈的之間的距離非常小，一般不超過10mm，試想電動(dòng)汽車的底盤能否做到與地面之間的距離小于10mm,所以考慮到現(xiàn)實(shí)中電動(dòng)汽車體積大，底盤高的情況，斷定在這種技術(shù)條件下不能實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)式電能傳輸。還有一種電能傳輸系統(tǒng)-無線電波電能傳輸技術(shù)，但是這種技術(shù)無法滿足電動(dòng)汽車這種大功率充電的需求，雖然該技術(shù)傳輸距離非常遠(yuǎn)，但其傳輸?shù)墓β侍?，若?qiáng)行對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，電能的損耗十分嚴(yán)重，得不償失。當(dāng)進(jìn)行理論分析時(shí)，可以用兩線圈模型分析以上無線電能傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)參數(shù)如表2-1所示，表2-1仿真系統(tǒng)參數(shù)26pF26pF使用MATLAB構(gòu)建諧振電路模型并分析原線圈與副線圈之間距離與輸出功率之間的關(guān)系，圖2-1表示系統(tǒng)輸出功率與原副邊線圈距離之間的關(guān)系。(a)S-S結(jié)構(gòu)下輸出功率與距離的關(guān)系（b）S-P結(jié)構(gòu)下輸出功率與距離關(guān)系 （c）P-S結(jié)構(gòu)下輸出功率與距離關(guān)系（d）P-P結(jié)構(gòu)下輸出功率與距離的關(guān)系圖2-1輸出功率和原副邊線圈距離之間的關(guān)系圖2-1中，橫坐標(biāo)代表的是距離，每一個(gè)單元格代表1m,根據(jù)圖中仿真出的波形圖可知：S-S結(jié)構(gòu)與S-P結(jié)構(gòu)的拓?fù)渚€圈最大達(dá)到20kw的輸出功，這種大功率的電能輸出結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用到電動(dòng)汽車的無線充電中去。然而，S-P拓?fù)渚€路結(jié)構(gòu)也存在著嚴(yán)重的缺陷，首先其結(jié)構(gòu)十分的繁雜，控制也因此變得不容易。還對(duì)位置要求非常嚴(yán)格，由于原邊電路中振蕩參數(shù)受互感影響較大，再就是原副線圈與互感值之間的距離非常敏感，距離的大小都會(huì)影響電能的傳輸效率和輸出功率，所以因?yàn)镾-P拓?fù)渚€圈要求嚴(yán)格，不確定因素多，所以系統(tǒng)中選擇S-S結(jié)構(gòu)的共振線圈。為了計(jì)算出互感值M，我們改變利用MATLAB仿真計(jì)算S-S結(jié)構(gòu)下當(dāng)系統(tǒng)互感值，利用變量來觀察系統(tǒng)輸出功率以及工作效率，這樣就得到得到仿真曲線。如圖2-2和2-3所示：圖2-2輸出功率與互感M之間的關(guān)系圖2-3系統(tǒng)效率與互感M之間的關(guān)系觀察分析圖2-2可知，系統(tǒng)的電能發(fā)射端的輸出功率與系統(tǒng)的互感值攢在一定的聯(lián)系，隨著橫坐標(biāo)互感值的增加系統(tǒng)電能的輸出功率迅速增加，達(dá)到一定的峰值后快速下降后有緩慢下降。與上面的分析一樣，從圖2-3上可以看出，隨著互感值的增加系統(tǒng)的電能傳輸效率得到迅速的增加，達(dá)到峰值后以較慢的速度下降。由以上兩圖分析可知，只有保證互感值系數(shù)達(dá)到最佳值，才是無線電能涮書系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。電動(dòng)汽車充電需求分析我國(guó)是汽車消費(fèi)的重要市場(chǎng)，也是汽車保有量最大的市場(chǎng)，電動(dòng)汽車的研發(fā)和推廣對(duì)我國(guó)有著重要的意義。對(duì)于電動(dòng)汽車的發(fā)展有著迫切的需要，在相關(guān)的文獻(xiàn)中已經(jīng)對(duì)我國(guó)的電動(dòng)汽車普及進(jìn)程做出了預(yù)測(cè)。在未來我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展大致分為三個(gè)進(jìn)程:首先，在2010年到2015年，我國(guó)的重點(diǎn)發(fā)展公共交通和專用車方面，主要對(duì)公交車、公用車以及出租車進(jìn)行示范運(yùn)營(yíng)：其次，在2016年到2020年我國(guó)將進(jìn)行大規(guī)模的普及，在專用車和公共交通上進(jìn)行規(guī)?；\(yùn)營(yíng)，在2021年到20130年，電動(dòng)汽車技術(shù)將會(huì)非常成熟，電動(dòng)車運(yùn)營(yíng)方面取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以全面普及私家電動(dòng)汽車。接下來對(duì)公交車、公用車以及出租車進(jìn)行具體分析。公交車充電需求隨著城鎮(zhèn)化的進(jìn)程，城市人口不斷增加，造成城市擁堵。然而要解決這些問題，需要大力推行公共交通，所以電動(dòng)公交車也將必行。在我國(guó)公交車一般情況下每天需要行駛150公里至200公里不等，但是公交車載客量大，電池的負(fù)載大，是電動(dòng)公交車的電能消耗非?？?。一般來說，電動(dòng)汽車晚上時(shí)段進(jìn)行慢速充電，并且晚上用電量小，電費(fèi)價(jià)格便宜。因白天用車情況一般較為緊急，故白天充電需要時(shí)間短，所以選擇快速充電。公交車使用最繁忙的時(shí)候是在早晨上班和下午下班的兩個(gè)時(shí)間段，在這段時(shí)間里要求同一班公交車在很短的時(shí)間內(nèi)多次發(fā)車，由于受到公交車線路和公交站點(diǎn)人們上下車的限制，在沒公交站點(diǎn)的啟動(dòng)消耗，公交車每次持續(xù)行駛的路程和時(shí)間較長(zhǎng)。由于電池技術(shù)的問題，電池的比能量低的限制，公交車充滿電不能達(dá)到其運(yùn)營(yíng)需求，需要在一天的時(shí)間里對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行再次充電，因其使用要求，必須進(jìn)行快速的完全充電。每次快速完全充電大約需要2到3個(gè)小時(shí)。在這個(gè)電池技術(shù)不成熟時(shí)間段里，有些相關(guān)人員提出，電動(dòng)公交車要以更換驅(qū)動(dòng)電池為主，就像建設(shè)加油站一樣，在每個(gè)路段建設(shè)電池更換站，這樣就可以免去充電所消耗的時(shí)間，大大提高了公交車的效率。如果這樣，可能會(huì)損壞電池。首先公交車的驅(qū)動(dòng)電池必然體積、質(zhì)量都很大，更換十分麻煩。在電池的拆卸和安裝的過程中有很大的可能因碰撞使電池或者公交車零件損壞，造成了本可以避免的損失。根據(jù)電動(dòng)車的實(shí)際情況，電動(dòng)車的發(fā)車頻率快，需要短時(shí)間充滿電，再就是公交車有其專用車道，可以選擇合適的路段布置動(dòng)態(tài)充電系統(tǒng)（即，在運(yùn)行期間充電出租車充電需求相比較公交車的行駛時(shí)間和路程，出租車隨機(jī)性很大。出租車通常情況下配備有兩名司機(jī)，一天24小時(shí)基本上是無間歇行駛。兩名司機(jī)輪班制駕駛，通常情況是每12小時(shí)或24小時(shí)更換班次。在這兩種輪班的情況下分別進(jìn)行分析：首先24小時(shí)制，出租車司機(jī)畢竟要吃飯和休息的，為出租車充電可以選擇在司機(jī)的吃飯或休息時(shí)間內(nèi)，不過司機(jī)的吃飯時(shí)間較短，此時(shí)，只能對(duì)出租車實(shí)行快速充電，在其充電選擇的吃飯時(shí)間為中午飯內(nèi)，在這一次完全充電后，駕駛整個(gè)下午基本上沒有問題。下次充電，就選擇晚上的休息時(shí)間，這個(gè)時(shí)間段較長(zhǎng)，可以選擇慢速充電，這樣也不耽誤第二天的營(yíng)業(yè)。其次是12小時(shí)的小班輪休制，在這種模式下，出租車晚上停放的時(shí)間就會(huì)大幅度縮減。這種情況下，出租車只能選擇快速充電。選擇的時(shí)間段可以在午飯時(shí)間內(nèi)，和晚上深夜的休息時(shí)間內(nèi)。每次充電時(shí)間大約需要2小時(shí)到3小時(shí)。這樣出租車在一天所需要花費(fèi)的充電時(shí)間為5小時(shí)左右。在我國(guó)，當(dāng)下生產(chǎn)電動(dòng)出租車的最大制造商是BYD集團(tuán)，他們的所生產(chǎn)的電動(dòng)汽車的額定行駛路程大約為300km左右。由于出租車行駛的限制（一般情況下在市區(qū)內(nèi)行駛），所以出租車的實(shí)際行駛里程是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到其額定行駛里程的。在這種情況下，出租車就算一天的時(shí)間內(nèi)兩次完全充電也無法滿足其行駛需求。因此，就需要一種全新的充電方式來改變當(dāng)前的局面，并且盡可能的不影響其正常運(yùn)營(yíng)。公務(wù)用車需求分析公務(wù)車是政府部門的專用車，其駕駛需求一般是官員工作期間，大多數(shù)情況下不會(huì)行駛太多的路程。因此，公務(wù)車在一天內(nèi)進(jìn)行一次完全充電即可。不管是因電費(fèi)價(jià)格還是維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定，選擇在晚上充電最佳的選擇。私家車需求分析私家車是用戶個(gè)人的車輛，是為滿足用戶的需求所擁有的物品，主要用途是為用戶上下班代步以及方便旅游等用途。由市場(chǎng)調(diào)查可知，私家車主要的地方比較固定：小區(qū)車庫(kù)，單位車位，商場(chǎng)停車為主要地點(diǎn)。私家車用于下班代步使用時(shí)，主要停車地點(diǎn)是單位停車位，這樣就可以選擇在單位進(jìn)行充電，也可以回到家后在停車庫(kù)充電。但是一次完全的充電不一定能夠滿足用戶對(duì)旅游的路程的需要，在這時(shí)就需要之中全新的充電方式—?jiǎng)討B(tài)充電方式。在汽車行駛在路上時(shí)就可以進(jìn)行充電，這樣就可以電動(dòng)汽車的持續(xù)能力，不耽誤車主的正常出行。表2-2各類電動(dòng)汽車充電需求汽車類型充電時(shí)間段需求分析公交車22:00-5:00，運(yùn)營(yíng)中間時(shí)段白天在不影響運(yùn)營(yíng)時(shí)間的情況下盡快完成充電；晚上常規(guī)充電。出租車大班：2:00-5:00，午餐時(shí)間小班：2:00-4:00，午餐時(shí)間充電時(shí)間盡可能短，充電不影響車輛的運(yùn)營(yíng)。公務(wù)車18:00-7:00晚間常規(guī)充電。私家車工作日：19:00-7:00，10:00-17:00節(jié)假日：與出行情況有關(guān)工作日常規(guī)充電即可。長(zhǎng)途中充電時(shí)間盡可能短。無線充電應(yīng)用于電動(dòng)汽車可行性以及價(jià)值分析驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車行駛的能量來源于電池所儲(chǔ)存的電能，然而由于電池技術(shù)的限制，電池的比能量不足，且電動(dòng)汽車自身質(zhì)量大，電能損耗過快，無法滿足電動(dòng)汽車的長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)距離的行駛，這就非常迫切的需要在電池能量不足的時(shí)候及時(shí)充電。在現(xiàn)在給電動(dòng)汽車充電用的都是比較傳統(tǒng)的方式，也就是有線充電，這樣的充電方式智能在汽車靜止的狀態(tài)下。且在電網(wǎng)中的交流電直接進(jìn)行逆變處理給車載電池車充電，會(huì)給配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性帶來威脅。并且車載電池的容量相比于一般的電池容量要大得多，充電時(shí)間也因而會(huì)很長(zhǎng)。若電動(dòng)汽車在行駛的過程中，因電池的能量不足停靠下來進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的充電，這會(huì)給用戶帶來記得的不便，勢(shì)必影響電動(dòng)汽車的普及和推廣。在文章的前面一部分講到，對(duì)電動(dòng)巴士和出租車的充電要求是，不能影響電動(dòng)汽車的正常運(yùn)營(yíng)。并且，在進(jìn)行長(zhǎng)途駕駛的過程中，遇到了電量不足的情況，要對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行快速充電，以滿足用戶的需求。在第二章第一節(jié)上分析了諧振式無線電能傳輸技術(shù)，主要對(duì)其電能的輸出功率和輸出效率進(jìn)行模擬和實(shí)驗(yàn)。在電動(dòng)汽車充電的時(shí)候，可以進(jìn)行不接觸式電能傳輸，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)和電動(dòng)汽車不進(jìn)行任何拆裝，在這樣的充電方式下，也有望實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在行進(jìn)的過程中進(jìn)行充電。這樣不僅僅提高了電動(dòng)汽車的利用率，還嘉慶了電動(dòng)汽車的持續(xù)行駛能力。再就是這種充電模式，可以減少對(duì)電池和汽車在拆裝過程中不必要的損失，同時(shí)也保護(hù)了拆裝人員，防止在工作中被充電裝置電擊，極大地推動(dòng)了電動(dòng)汽車的全面推廣。本章小結(jié)本章分析諧振式無線電能傳輸技術(shù)電能發(fā)射線圈與接收之間距離以及互感值對(duì)傳輸功率的影響，仿真分析電能傳輸效率與互感值的關(guān)系。還對(duì)城市公共交通進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)常見的汽車四中使用用途進(jìn)行了分別闡述，對(duì)公交車、出租車、公務(wù)動(dòng)車以及私家車四種電動(dòng)汽車進(jìn)行充電需求分析，對(duì)他們的充電時(shí)間以及充電特性進(jìn)行闡述。淺析關(guān)于電動(dòng)汽車上諧振式無線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用前景與應(yīng)用價(jià)值。無線電能傳輸系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本章內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)實(shí)情況，分為三步對(duì)無線電能傳輸進(jìn)行詳細(xì)分析。第一步分析電動(dòng)汽車使用無線電能傳輸技術(shù)的必要性。第二步根據(jù)具體情況，設(shè)計(jì)一套行之有效的靜態(tài)無線電能傳輸架構(gòu)，并提出線路架構(gòu)模型。第三步，基于現(xiàn)實(shí)大量電動(dòng)汽車的充電需求，結(jié)合保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定性工作要求，提出并設(shè)計(jì)一套一對(duì)多的無線電能傳輸系統(tǒng)的方案。電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)特性電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)若想得到被廣泛應(yīng)用，就需要將電能無線傳輸技術(shù)特性得到全天提升，下面是對(duì)其特性的具體具體要求：1、提高電能傳輸率。充電效率是最為重要的，是是否使用該技術(shù)的關(guān)鍵。充電效率要高，要能比傳統(tǒng)充電方式節(jié)省電能。盡最大能力的提高電能利用率，若充電效率低下，對(duì)點(diǎn)能浪費(fèi)嚴(yán)重，這樣就違背了發(fā)展電動(dòng)汽車的初衷。電動(dòng)汽車的發(fā)明是為了節(jié)約能源，若對(duì)電能的大量浪費(fèi)，增加有害氣體的排放量，這樣就反而更加的浪費(fèi)能源了，造成南轅北轍的現(xiàn)象。2、較高的充電效率。若丟電動(dòng)汽車實(shí)行無線充電技術(shù)，就需要調(diào)整充電距離，滿足電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)要求。在生活中，電動(dòng)汽車有著一定的底盤高度，若底盤高度過低，則不能滿足各種路況的行駛。底盤的高度不能改變，只能設(shè)計(jì)無線電能傳輸技術(shù)之間的電能傳輸距離，既能滿足汽車行駛的要求，還要擁有較高的充電效率。3、有良好的信息交換系統(tǒng)。無線電能傳輸系統(tǒng)要與電動(dòng)汽車智能系統(tǒng)進(jìn)行信息交流，時(shí)刻關(guān)注傳送電動(dòng)汽車車載電池的電量情況，目的是保護(hù)電池，防止電池出現(xiàn)虧電或者出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，提高電池的使用壽命。4、具有保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定性。當(dāng)很多的電動(dòng)汽車同時(shí)使用充電樁進(jìn)行有線充電時(shí)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成沖擊。無線電能傳輸技術(shù)也會(huì)造成這種情況，所以要運(yùn)用技術(shù)的手段消除因電動(dòng)汽車充電產(chǎn)生的電網(wǎng)中的諧波。5、實(shí)現(xiàn)智能充電。充電系統(tǒng)或者電動(dòng)汽車電能接收系統(tǒng)要具有智能化，當(dāng)電池需要充電的時(shí)候進(jìn)行充電，當(dāng)電池充滿電后，自行切斷充電系統(tǒng)，一方面保護(hù)電池實(shí)用性，再就是節(jié)約電能。6、技術(shù)的適應(yīng)性，由于科技的飛速發(fā)展，電動(dòng)汽車和充電技術(shù)必然會(huì)迅速更迭，要保證和新技術(shù)能在未來的實(shí)用性。無線電能傳輸技術(shù)的組成設(shè)計(jì)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)3.1中對(duì)無線電能傳輸設(shè)備的描述，下面設(shè)計(jì)出一種無線充電設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1無線電能傳輸系統(tǒng)框圖根據(jù)上圖了解，無線電能傳輸系統(tǒng)的組成部分由五個(gè)單元組成，具體為電能預(yù)處理單元，發(fā)射單元，接收單元、充電轉(zhuǎn)換單元以及車載電池單元。他們具有各自的作用，電能預(yù)處理單元主要調(diào)整無線電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的電能頻率，使其達(dá)到目標(biāo)頻率；發(fā)射單元和電能接受裝置采用的是諧振線圈；充電控制單元的作用是將交流電能轉(zhuǎn)化成可被車載電池接收直流電以及額定電壓。電能預(yù)處理單元電能預(yù)處理單元，根據(jù)名稱就了解到該但愿是對(duì)電能進(jìn)行處理，它的作用是將交流電能功率因素進(jìn)行矯正，要將交流的電波調(diào)整到與輸入電流的的波形的相位一致。這樣做，就會(huì)減少因大量的汽車接入對(duì)電網(wǎng)沖擊，增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性，保護(hù)用電安全。下面我們對(duì)電能預(yù)處理單元提出了一套拓?fù)渚€路，如圖3-2所示，這是升壓型功率因數(shù)矯正（PowerFactorCorrection）線路圖，簡(jiǎn)稱為PFC，其作用是衡量電力被有效利用的程度，當(dāng)功率因數(shù)值越大，代表其電力利用率越高。工作過程大致為：當(dāng)接通開關(guān)管Q時(shí)，電感線圈L中會(huì)有電流IL流過，這是電流線性增加，直到增加到電感線圈L飽和，這時(shí)，電容C通過放電來為為負(fù)載元器件提供能量；當(dāng)Q關(guān)閉時(shí)，根據(jù)楞次定律，電感L兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)UL，目的是維持電流的方向始終保持一致。圖3-2升壓型PFC電路與上面對(duì)應(yīng)的還有升壓型PFC電路，這種電路在開關(guān)處的電力很小，不過只有在電路中的電壓達(dá)到一定值時(shí)才進(jìn)行導(dǎo)通，所以在交流電壓中，其波形的的低壓部分是不能參與工作的。不過這種電路還有一定的優(yōu)點(diǎn)，他可以實(shí)現(xiàn)較高的電壓輸送，開關(guān)處進(jìn)行短路保護(hù)非常的安全。不過由于電路中的電壓非常的大，電流波動(dòng)大非常大，所以會(huì)導(dǎo)致在后期進(jìn)行AC-DC變換難度加大，不易控制，為了讓PFC電路在無線傳能傳輸系統(tǒng)中更好的應(yīng)用，提出了使用交錯(cuò)PFC結(jié)構(gòu)，就是把兩個(gè)升壓型PFC變換器并聯(lián)，然后通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)控制。其電路結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3交錯(cuò)PFC電路發(fā)射單元在第二章中介紹了諧振式無線電能傳輸技術(shù)，同時(shí)是采用無線充電系統(tǒng)中的電能傳輸方案。在諧振式無線電能傳輸系統(tǒng)中，電能傳輸中有四種電路組合方式，他們的各自結(jié)構(gòu)為：SS，SP，PS，PP。通過模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在條件相同的情況下，SP的電路結(jié)構(gòu)傳輸性能更優(yōu)越。所以決定采用SP結(jié)構(gòu)的電路來進(jìn)行電能傳輸。在上面介紹了PFC電路，經(jīng)過PFC線路的輸出電壓較高，無法對(duì)S-P線圈直接供電，只能改變PFC線路的輸出電壓，讓其滿足S-P線圈的工作電壓要求。所以采用DC-DC電路來實(shí)現(xiàn)調(diào)整控制電壓電流，以降低電路中的電壓，滿足S結(jié)構(gòu)線路的要求。之后還需要進(jìn)行DC-AC逆變轉(zhuǎn)換，達(dá)到一定的頻率，滿足電能發(fā)射的要求。發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4無線電能傳輸發(fā)射裝置接收單元和充電控制單元因電能傳輸S-P結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良，采用的此結(jié)構(gòu)。所以在電能的接收端采用的是P結(jié)構(gòu)線圈，首先要接受在發(fā)射段發(fā)出的一定頻率的電能，之后要經(jīng)過整流濾波，將穩(wěn)定的電能輸入到電池。在整個(gè)過程中要用到AC-DC線路來進(jìn)行整流。因充電時(shí)的功率過高，所以采用全橋結(jié)構(gòu)式的AC-DC電路，如圖3-5。圖3-5無線電能傳輸接收裝置在對(duì)接收端的電源進(jìn)行整流后，還需要通過電壓轉(zhuǎn)換電路進(jìn)一步將直流電轉(zhuǎn)化為符合電動(dòng)汽車負(fù)載電池的充電要求，依舊用DC-DC線路結(jié)構(gòu)來控制電池充電單元。其線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖3-6。圖3-6無線充電電路拓?fù)鋱D根據(jù)上圖，可以了解無線電能傳輸系統(tǒng)大概工作程序后顯示電能預(yù)處理單元，他直接與家用電220V電壓相連，經(jīng)電源預(yù)處理線路結(jié)構(gòu)圖PFC進(jìn)行功率因數(shù)處理。之后經(jīng)過S-P電路組合，也就是上文提到的DC-DC與DC-AC在規(guī)定的頻率下線圈發(fā)射電能。再就是經(jīng)P結(jié)構(gòu)線圈(即AC-DC與DC-DC將發(fā)射端發(fā)出的電能進(jìn)行收集)，最后經(jīng)整流濾波調(diào)整后將電能傳輸?shù)诫姵厣?。電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只是無線電能傳輸系統(tǒng)的基本線路，除此之外，還有更重要的控制單元，在每個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上與之對(duì)應(yīng)的有一個(gè)電路控制單元，對(duì)線路進(jìn)行控制，可以智能安全的實(shí)現(xiàn)車載電池的充電任務(wù)。有下圖3-7可知，在對(duì)電池充電的過程中，首先要有電池的檢測(cè)程序決定是否對(duì)電池進(jìn)行充電，若發(fā)現(xiàn)電量不足，需要充電，這是在各個(gè)單元的控制系統(tǒng)中會(huì)接受到信號(hào)，控制相應(yīng)的電路進(jìn)行工作，完成本次充電任務(wù)。圖3-7無線充電系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖初級(jí)側(cè)控制系統(tǒng)處理電動(dòng)車輛控制系統(tǒng)發(fā)送的消息并判斷電池狀態(tài)。從系統(tǒng)配置的控制方案中選擇合適的控制方案，進(jìn)行能量傳遞和轉(zhuǎn)換，并將消息發(fā)送到電動(dòng)汽車的側(cè)控系統(tǒng)，讓電動(dòng)汽車接收端做好電能接受準(zhǔn)備。在電能到達(dá)接收端后，控制單元將電能在AC-DC和DC-DC線路中轉(zhuǎn)化成為電動(dòng)汽車可以直接接收的直流電。就在此時(shí)，電動(dòng)汽車的電池檢測(cè)單元開始檢測(cè)，時(shí)刻控制電池自身的電量變化情況，并且將檢測(cè)信息反尅給控制端，控制端根據(jù)反饋的信息，對(duì)充電情況作出調(diào)整，以保護(hù)電池，延長(zhǎng)使用壽命。下圖3-8就是充電系統(tǒng)控流程圖。一開始，將充電系統(tǒng)初始化，避免上次遺留信息對(duì)充電控制的影響，將其處在預(yù)備狀態(tài)其次，要由控制模塊在經(jīng)電池檢測(cè)單元發(fā)來的的信息，決定是否充電。若電量不足，需要充電，就經(jīng)控制單元與檢測(cè)模塊信息交互，控制充電，當(dāng)電量充滿后檢測(cè)單元發(fā)出信息，控制單元調(diào)整充電策略。若不需要充電，停止系統(tǒng)工作。圖3-8軟件設(shè)計(jì)流程圖一對(duì)多無線充電系統(tǒng)隨著電動(dòng)汽車的不斷增長(zhǎng)，對(duì)充電系統(tǒng)的需求也在不斷增加。那么，將安裝太多無線供電系統(tǒng)，這將對(duì)配電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的不利影響。同時(shí)，太多的電源設(shè)備會(huì)相互影響，導(dǎo)致電源效率降低。因此，開發(fā)一對(duì)多無線充電系統(tǒng)是非常必要的。目前，有兩種類型的一對(duì)多無線充電系統(tǒng)，它們是接力型和母子型。它們的結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。圖3-10（a）是接力式無線傳輸系統(tǒng)。在這種模式下，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)具有相同的頻率和線圈尺寸。圖3-10（b）是母子無線傳輸系統(tǒng)，其中接收器的接收器彼此獨(dú)立，并且每個(gè)線圈具有與發(fā)射線圈一致的諧振頻率。圖3-10母子式無線能量傳輸系統(tǒng)在《基于磁諧振耦合的一對(duì)多無線能量傳輸方案研究》中，詳細(xì)分析了兩種一對(duì)多無線充電系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)中線圈間的互感進(jìn)行了分析。闡述了傳輸距離和耦合系數(shù)對(duì)兩種系統(tǒng)充電效率的影響，并分析了最優(yōu)功率傳輸狀態(tài)。最后，使用ADS仿真軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)其實(shí)際用進(jìn)行分析。動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)無線電能傳輸系統(tǒng)可以有量增充電方式，是根據(jù)電動(dòng)汽車的行駛狀態(tài)來區(qū)分，在汽車行駛的過程中充電稱為動(dòng)態(tài)充電，汽車靜止不動(dòng)進(jìn)行充電稱為靜態(tài)充電，上邊我們所介紹的是靜態(tài)無線充電。下面對(duì)動(dòng)態(tài)無線充電技術(shù)進(jìn)行介紹。動(dòng)態(tài)無線電能傳輸技術(shù)有兩種方式，一種是線圈陣列式，另一種是導(dǎo)軌式，如圖3-11。在電動(dòng)汽車實(shí)行動(dòng)態(tài)充電的難題時(shí)，汽是移動(dòng)的，會(huì)使線圈之間的互感值發(fā)生變化，導(dǎo)致充電效率不穩(wěn)定。為解決問題，可以對(duì)線圈的逆變器AC-DC和DC-DC調(diào)整，穩(wěn)定電壓，保證傳輸效率。（a）線圈陣列式動(dòng)態(tài)無線充電裝置（b）導(dǎo)軌式動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)圖3-11電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無線電能傳輸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無線充電技術(shù)目的是加強(qiáng)電動(dòng)車的持續(xù)續(xù)航能力，因?yàn)殡姵丶夹g(shù)的限制，車載電池?zé)o法提供持續(xù)的能量工電動(dòng)汽車長(zhǎng)時(shí)間或者長(zhǎng)距離行駛，所以人們?cè)O(shè)計(jì)電動(dòng)起車一邊行駛一邊充電的充電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車所行駛的路況有一定的要求，所以可以在高速公路上這樣的比較穩(wěn)定路上進(jìn)行試驗(yàn)和試行。在高速上行駛的汽車，車速非常的快，無線電能傳輸系統(tǒng)的控制單元不一定能反應(yīng)過來，所以需要對(duì)系統(tǒng)的信息交互以及控制單元進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。為了解決上面所述的問題，必須對(duì)動(dòng)態(tài)無線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，需要改進(jìn)的地方信息交流問題。首先要對(duì)電池的檢測(cè)系統(tǒng)與系統(tǒng)的控制單元之間的信息交互進(jìn)行改進(jìn)，可以選擇建立一個(gè)大的且獨(dú)立的中央控制單元，對(duì)在一定范圍內(nèi)的車輛的電池狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，然后中央控制單元可以控制所在范圍內(nèi)的充電系統(tǒng)，對(duì)所需要充電的車輛進(jìn)行充電。其次是若要在汽車行駛的過程中進(jìn)行充電，就需要在汽車所行駛的路程上全部布置上無線電能發(fā)射裝置，讓電動(dòng)汽車在任何一處都在進(jìn)行充電。這樣的大規(guī)模的充電會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成巨大的沖擊，所以有必要將無線電能傳輸系統(tǒng)的電能的供給獨(dú)立于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)以外。在高速公路上鋪設(shè)系統(tǒng)可以選擇定路段，或者專用車道，在每段設(shè)置一個(gè)中煙控制器，一是方便維護(hù)，而是節(jié)約能源。公路動(dòng)態(tài)無線供電裝置框圖與信息交換示意圖如圖3-12所示。圖3-12高速公路中一段動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)圖由上圖3-12所知，在中央控制單元范圍內(nèi)的電動(dòng)汽車需要充電時(shí)，要將車輛駛?cè)胗糜趯ｉT充電的道路上，向中央控制模塊發(fā)出充電請(qǐng)求，經(jīng)控制模塊與車輛電池檢測(cè)裝置進(jìn)行信息交互后，確認(rèn)需要充電，就在電動(dòng)汽車所在的位置打開電能發(fā)射裝置發(fā)射電能，并且實(shí)時(shí)檢測(cè)電池的電量情況，做到及時(shí)關(guān)閉，，防止過充，保護(hù)電池。若因突發(fā)狀況需要停止充電，就需要車主選擇停止充電并駛出專用車道。整個(gè)電能傳輸系統(tǒng)中，采用的雙向控制，可以主動(dòng)地選擇，其雙向控制過程如圖3-13所示。圖3-13動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)雙向充電互動(dòng)過程當(dāng)充電部分較長(zhǎng)時(shí)，對(duì)中央控制模塊等會(huì)更高的要求電動(dòng)汽車及其各自的電池狀態(tài)分別控制電源設(shè)備和選擇控制策略。為了使動(dòng)態(tài)無線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率始終保持在較高的水平，要對(duì)路段分開設(shè)置，在一定的距離設(shè)置一個(gè)中央控制單元，保證平穩(wěn)的銜接，也要保證充電的效率。凡是在其范圍內(nèi)都要與電動(dòng)汽車進(jìn)行信息交流，檢測(cè)電池狀態(tài)。使結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。圖3-14長(zhǎng)距離路段動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中央控制器負(fù)責(zé)整個(gè)動(dòng)態(tài)充電系統(tǒng)中的總電能消耗，并根據(jù)電動(dòng)汽車的位置信息和在分組控制器中收集的電池狀態(tài)，統(tǒng)計(jì)和估計(jì)系統(tǒng)的功耗，預(yù)測(cè)負(fù)載以及與常規(guī)配電網(wǎng)絡(luò)的電力信息交換，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)合理調(diào)度。本章小結(jié)本章內(nèi)容主要分析了電動(dòng)汽車無線電能傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)情況，并由此設(shè)計(jì)出了一套靜態(tài)無線電能傳輸系統(tǒng)，還給出了電能傳輸系統(tǒng)的最優(yōu)化的線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。并且結(jié)合相關(guān)資料，經(jīng)大量的分析推到與實(shí)驗(yàn)，提出了一對(duì)多的靜態(tài)無線電能傳輸系統(tǒng)，并考慮到現(xiàn)實(shí)的情況，電動(dòng)車的持續(xù)續(xù)航能力差這一現(xiàn)實(shí)，經(jīng)多面分析，多角度考慮設(shè)計(jì)出了動(dòng)態(tài)無線電能傳輸系統(tǒng)，還提出了優(yōu)化與改良的策略。在本章中的無線電能傳輸系統(tǒng)的各個(gè)單元是分開實(shí)驗(yàn)與模擬，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中的條件限制，對(duì)本充電系統(tǒng)只停留在初級(jí)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際驗(yàn)證需要留作后續(xù)研究?？偨Y(jié)與展望本文主要工作及結(jié)論在當(dāng)下現(xiàn)實(shí)情況下，環(huán)境污染與能源危機(jī)日益嚴(yán)峻，各大汽車生產(chǎn)商順應(yīng)潮流將焦點(diǎn)放在了電動(dòng)汽車上。由于電動(dòng)汽車起步較早，技術(shù)對(duì)成熟，在生活中更易實(shí)現(xiàn)，受到了各個(gè)國(guó)家的大力支持。現(xiàn)在，電動(dòng)汽車已被研發(fā)出來，其研發(fā)技術(shù)被越來越多的汽車生產(chǎn)商所掌握，在這種情況下，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車發(fā)展的限制越來越嚴(yán)重。因?yàn)殡姵丶夹g(shù)的不成熟，電動(dòng)汽車每次完全充電所行駛的時(shí)間與行駛的距離無法滿足現(xiàn)實(shí)的需要，并且充電時(shí)間長(zhǎng)，耽誤車主的行程，連續(xù)行駛的能力差，導(dǎo)致不太受市場(chǎng)的歡迎，極大地限制了電動(dòng)汽車的全面推廣。然后還有，許多的電動(dòng)汽車同時(shí)充電，會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)帶來就打的沖擊，引入大量的諧波，應(yīng)縣用電安全，與電網(wǎng)的穩(wěn)定性。就所在未來的電網(wǎng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃也是一大難題，這不僅僅是保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，保證其正常的工作，還要滿足大量的電動(dòng)汽車的充電需求，且不影響配電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全。為了時(shí)電動(dòng)汽車可以全面推廣與普及，就需要對(duì)電動(dòng)汽車的充電技術(shù)做出改變，滿足電動(dòng)汽車推廣所需的現(xiàn)實(shí)要求，我們必須對(duì)無線能量傳輸技術(shù)進(jìn)行討論，分析和優(yōu)化，并選擇最佳解決方案。本文主要工作包括：1、無線電能技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r。首先介紹了無線電能傳輸研究的必要性，介紹無線無線電能技術(shù)的起源。介紹無線充電在國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r，之后介紹我國(guó)電能技術(shù)的發(fā)展階段，以及發(fā)展成功的特例。2、分析無線電能傳輸系統(tǒng)在電動(dòng)汽車充電的應(yīng)用的可行性。分析諧振式無線充電技術(shù)傳輸功率影響因素，發(fā)射線圈與接收線圈之間的距離與線圈之間的互感值的變化與傳輸效率。通過仿真的技術(shù)手段模擬驗(yàn)證出了傳輸效率與互感值之間的線性關(guān)系。對(duì)市場(chǎng)上的主流小型車輛進(jìn)行具體分析，根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)公交車，出租車，公用車，私家車提出了具體的要求，根據(jù)他們的用途與使用，對(duì)其充電時(shí)間以及充電的特性進(jìn)行了及具體分析，并且闡述了無線電能技術(shù)在電動(dòng)汽車上的可行性，與在市場(chǎng)上的應(yīng)用價(jià)值。3、無線充電技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)實(shí)生活的調(diào)查，具體分析了電動(dòng)汽車無線電能傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)需求。根據(jù)現(xiàn)實(shí)中限制電動(dòng)汽車發(fā)展的因素，設(shè)計(jì)了靜態(tài)無線充電系統(tǒng)，其架構(gòu)組成部分是由電能預(yù)處理單元、發(fā)送單元、接收單元、充電控制單元和電池負(fù)載單元。逐個(gè)具體的分析了各單元的要求，選擇出最佳的線路組合結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了一對(duì)一的靜態(tài)無線電能傳輸系統(tǒng)，并且根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要進(jìn)行了改進(jìn)與優(yōu)化。然后根據(jù)電動(dòng)汽車持續(xù)續(xù)航能力差這一現(xiàn)實(shí)情況，提出了動(dòng)態(tài)無線電能傳輸技術(shù)，設(shè)計(jì)出了基本架構(gòu)方式，并具體的提出其工作的具體工作流程。4、總結(jié)文章主要內(nèi)容，對(duì)未來發(fā)展做出期望。對(duì)本篇文章主要的演員就進(jìn)行匯總，結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況，指出電動(dòng)汽車充電給電網(wǎng)帶來的威脅，找出這一缺陷的具體解決方法，對(duì)電網(wǎng)作出改進(jìn)與優(yōu)化，設(shè)計(jì)建造最佳的配電網(wǎng)。未來研究展望在這篇文章中，盡管對(duì)無線電能傳輸系統(tǒng)做出集體的設(shè)計(jì)，并給出了優(yōu)化方案，對(duì)存在現(xiàn)實(shí)生活中的限制發(fā)展的的因素，進(jìn)行了逐個(gè)的分