摘要：对传导式充电和无线充电技术进行简单概述，阐明实现机理、优缺点及应用发展现状，使人们增进对电动汽车充电技术的了解。

    近几年来，随着石油能源日益紧缺，采用更加环保的电力驱动技术汽车成为人们新的研发方向。对于一辆电动汽车，动力电池的充电设备是不可缺少的系统之一，它的功能是将电网的电能转化为车载动力电池所需的电能。目前电动汽车充电形式多种多样，但总体上归纳可分为传导式充电以及现在正处于初期应用阶段的无线充电。

    1.传导式充电
    1）交流充电交流充电是交流电进入车载充电机，经其转换后输出直流电，对动力电池进行充电的方式。交流充电一般需要在电动汽车上装配车载充电机（指安装在电动汽车上的将地面交流电网能量转换为直流电对动力电池进行充电的装置）。
    其常见的有两种形式：一种是家用三孔插座充电；另一种是交流充电桩充电。家用三孔插座充电一般功率较小，电流控制在16A以下，交流充电桩输入电流一般最大为32 A（GB/T 20234要求），电压为220 V。在车辆需要充电时，只需将充电连接器的插头插到交流充电桩或家中的交流电源插座上，即可进行充电，对电网负荷要求一般较低，可由客户自己独立完成，典型的充电时间为4-8 h。
    2）直流充电直流充电也可以称为快速充电或应急充电。其充电方式主要是通过地面充电装置（直流充电桩）将交流电网电能转化为直流电后通过充电连接器再对电动汽车进行充电。目的是在短时间内给电动汽车充入大量电能，主要针对长距离旅行或需要进行快速补充电能的情况进行充电，其典型的充电时间是10～30 min。直流充电电压为400 V或750 V，电流为125 A或250 A。由于充电功率较大，故这种充电方式对电网负荷有较高要求。
    3）交直流充电技术分析目前对于车辆使用交流充电还是直流充电主要是考虑到对电网的冲击、设施建设、车辆安全性及电池寿命等方面。交直流充电缺点在于：充电站的建设占用大量城市用地；涉及基础建设和电力增容，单个投资费用高且需专人维护；线缆的磨损，造成不安全因素产生。优点为：能源转换一次性获得，电能损失小；交直流转换一次性，不存在中高频电磁辐射；设备技术含量低，维修方便；电功率的调节范围较宽，适合多种不同电压和电流等级的动力电池储能补给。
    为更好适应充电环境及长距离的旅行，满足人们日常使用需求，使电动汽车更好地媲美常规燃油车辆，整车厂往往在一辆电动汽车上同时装有交流充电接口和直流充电接口。如图1所示。

    2 无线充电
    无线充电技术源于无线电力输送技术，利用电磁波感应原理及相关交流感应技术，在发送和接收端用相应的线圈发送和接收产生感应的交流信号来进行充电。
    无线充电技术实现主要有3种方式：电磁感应（ICPT）、无线电波（MPT）、电磁共振（ERPT） 。
    2.1电磁感应
    通过初级线圈通以一定频率的交流电，变化电场从而产生变化的磁场，再通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，将能量从传输端转移到接收端。属于短程传输，由于电磁感应原理受供电端和受电端距离的约束，传输距离上限仅10 cm左右，但电磁感应传输功率大、能量转换率高（其效率一般为90％以上能量能达到几百千瓦）。电磁感应充电示意图如图2所示。

    2.2无线电波
    无线电波是将能量转化为微波（频率在300 MHz～300 GHz之间的电磁波），让微波经自由空间传送到目标位置，再由微波转化成直流电能。
    其基本原理类似于早期使用的矿石收音机，主要由电波发射装置和电波接收装置组成。无线电波充电是利用2个发生谐振藕合的电路来捕捉随距离衰减的电磁场，即当发射电路发射无线电波（导体中电流强弱的改变会产生无线电波），接收电路可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波（电波能携带能量并传递能量），当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化产生谐振效应，就会在接收电路中产生电流且在随负载做出调整的同时保持稳定的电压。无线电波充电示意如图3所示。

    无线电波传输适用于长距离，但传输功率非常小（目前仅为100 mw且效率低（为35％左右）.

    2.3电磁共振
    由能量发送装置和能量接收装置组成，利用接收装置频率与发送装置频率相一致时发生的磁场藕合，形成共振，交换彼此的能量。其传输距离可以做到几米甚至几十米，但效率及功率会因距离增加而降低。电磁共振充电示意如图4所示。

    2.4无线充电技术分析
    无线充电技术能够自动充电，无需其它操作；无电缆连接，无失窃之忧；易于部署，不占用大量空间，很好地解决各种用电设备及电动汽车在有线充电过程中的诸多不利环节。但是目前无线充电技术还不很完善，其主要问题点是能源损失大、磁电感应转换的效率较低和大功率无线充电技术的远距离传输和电磁对环境的辐射影响等因素还没有得到充分的解决，具体对比见表1。

    电动汽车无线充电是一个刚刚起步的领域，由于缺乏相关标准法规支持，造成人们对无线充电的认知程度低。

    2.5无线充电现状
    1）产品成本过高现阶段无线充电设备单套成本是车载充电机的十几到几十倍，主要费用包括研发成本、人员成本、设备成本、材料成本（主要有通信设备、线圈、控制芯片、MOs管等），随着产量的提升，研发成本、人员成本和设备成本均会大幅下降，材料成本下降幅度稍微偏缓；另外，设备功率越大，线圈用量和电子元器件容量均会加大，由于量产后材料成本占比大，因此，产品的价格会随之线性增长。相关设备生产商预测无线充电设备即使到了大批量阶段，成本也将是车载充电机的2～3倍。如此高的成本对于车厂和消费者来说都难以接受。
    2）盈利方式少目前主要运营方式是成立汽车租赁公司，选择合适的停车位设立无线充电设备，再从主机厂购买无线充电车辆用于租赁。用户需用车时直接刷卡取车，用完后就近驶人空闲的租赁车位，刷卡还车，车辆自动开始充电，在等待期间即可完成电能补充。整个过程省去了人员看管维护成本，从而实现盈利，但还需市场验证。除此之外，还没有其他有效的盈利方式。
    3）行业标准缺失目前国际上关于无线充电电磁辐射的标准主要参照ICNIRP（国际非电离辐射防护委员会）导则，电磁辐射量要求小于100 μT，而真正针对无线充电的标准还没有，国内亦无相关标准。因为标准的缺失，产品的设计和试验缺乏依据，这也是目前市场上无成熟无线充电设备的原因之一。据了解，美国汽车工程师协会正在主导SAEJ2954无线充电标准的编制，国内无线充电标准也已启动编制，相信不久后就能看到这类标准的发布。
    4）安全性令人担忧即使无线充电设备供应商宣称无线充电的辐射量不影响人体健康，但是还没有一个确切的组织和官方的数据来进行公示和验证，以解除人们对电磁辐射影响的担忧。
    5）产品不成熟现有的电动汽车无线充电产品都还只能称为样品，未经过大批量的装车验证，产品潜在的风险和失效模式无法完全识别，因此性能和品质都无法得到保证。

    2.6无线充电技术瓶颈问题分析
    2.6.1系统构成
    无线充电系统基本由两部分构成：地面部分和车载部分。
    地面部分包括整流逆变装置、通信单元和发射线圈。整流逆变装置将电网交流电转化为直流电后给发射线圈，发射线圈感应产生磁场，以磁能的形式发送出去。
    车载部分包括接收线圈、整流装置和通信单元。接收线圈与地面发射线圈藕合或磁场共振，将磁能转化为电能，再经整流装置转化为适当电压的直流电，为车载动力电池充电。两部分的通信单元负责地面与车辆端的控制信息交互，实现充电的智能控制。
   2.6.2关键指标分析
    1）效率和线圈距离无线充电的效率和距离是紧密相关的，随着线圈间距离的增大，能量传输效率逐渐降低，现阶段无线充电设备要做到90％以上的效率，有效距离一般在15～25 cm之间。
    2）功率和线圈尺寸功率和线圈尺寸是另一对成对应关系的关键指标，功率越大，线圈尺寸越大。
    3）效率和发热量随着线圈距离增大，传输效率降低，线圈发热量增加，为避免线圈发热量过大，需控制线圈间距离。另外，逆变整流装置工作也会发热，进而影响转换效率和产品寿命。
    4）电磁干扰电动汽车无线充电以磁能方式传输能量，需考虑其电磁辐射对人体健康的影响。根据某机构提供的试验室测试、仿真及实车样品测试数据，可知：在电动汽车内，由于车壳的屏蔽作用，磁场强度较小。
    在电动汽车外，磁场强度较大，但仍小于ICNIRP导则规定的21 A/m的限值。并且，干扰磁场强度随着距离的增加而迅速衰减，这就意味着离开一定距离后，辐射干扰基本不存在影响。但是还没有一个确切的组织和官方的数据来进行公示和验证。
    2.7无线充电技术应用
    日产在2014年款聆风上安装电磁感应式无线充电设备，该设备虽然能量转换效率高，传输功率的范围大，不过只能进行一对一充电，另外对于磁场发射端和接收端的位置要求很高，两者的距离、角度稍有偏差都会大大影响充电效率。日产聆风电磁感应式无线充电如图5所示。

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