动态无线充电电动汽车研究现状与核心技术.doc

动态无线充电电动汽车研究现状与核心技术 0 引言 　　 　　为了节约能源，减少环境污染，电动汽车受到了世界各国的大力推广。目前，由于电池容量及充电基础设施等条件的限制，充电问题成为电动汽车发展过程中面临的最主要的瓶颈问题。由于无线充电技术可以解决传统传导式充电面临的接口限制、安全问题等而逐渐发展成为电动汽车充电的主要方式。然而，静态无线充电与有线充电同样存在着充电频繁、续航里程短、电 池用量大且成本高昂等问题。特别是对于电动巴士一类的公交车辆，其连续续航能力格外重要。在这样的背景下，电动汽车动态无线充电技术应运而生，它以非接触的方式为行驶中的电动汽车实时地提供能量供给。 　　 　　电动汽车动态无线充电技术基本原理：通过埋于地面下的供电导轨以高频交变磁场的形式将电能传输给运行在地面上一定范围内的车辆接收端电能拾取机构，进而给车载储能设备供电，可使电动汽车搭载少量电池组，延长其续航里程，同时电能补给变得更加安全、便捷。动态无线供电技术的主要参数指标有电能传输距离、功率、效率、耦合机构侧移适应能力、电磁兼容性等。因而，开发大功率、高效率、强侧移适应能力、低电磁辐射、成本适中的动态无线供电系统，成为国内外各大研究机构当前的主要研究热点。 　　 　　然而，随着研究的深入，许多关键问题与瓶颈需要解决，这些问题的解决对于动态无线供电技术的发展具有指导性作用。本文首先对国内外学者对动态无线充电技术的研究进展进行总结，其次提出目前动态无线充电技术面临的关键技术问题及瓶颈，最后对动态无线充电技术的关键技术问题及瓶颈进行了总结并对其发展前景做出了进一步展望。 　　 　　1电动汽车动态无线充电技术国内外研究现状 　　 　　1.1国外研究现状 　　 　　目前，新西兰奥克兰大学、日本东京大学、美国橡 树 岭 国 家 实 验 室、韩 国 高 等 科 学 技 术 学 院（KAIST）等国外研究团队已经对电动汽车动态无线供电相关的技术难点以及关键问题展开了一系列研究，主要集中在 系 统建模 方 法、电能变换 拓扑结构、电磁耦合机构优化设计和电磁屏蔽技术等方面。新西兰奥克兰大学与德国康稳公司合作研制出世界上第一台无线充电大巴，功率为30kW,同时也研制出100kW无线供电列车样机，列车轨道长400m,如附录A图A1所示，车上未安装电池组[1]. 　　 　　KAIST将采用动态无线充电技术的电动车称为在线电动车（OLEV）。2013年 位于龟尾 市的两条OLEV电 动 公 交 线 路 投 入 运 行，线 路 总 长 为24km,如附录A图A2所示，传输功率为100kW,效率为85%[2]. 　　 　　美国橡树岭国家实验室针对电动车动态无线充电的耦合机构、传输特性、介质损耗、电磁辐射展开研究，其地面发射装置采用全桥逆变和串联的两个初级绕组，实验结果表明传输功率和效率受电动汽车位置影响较大[3-4],其建立的试验系统如附录A图A3所示。 　　 　　日本东京大学提出基于直流/直流（DC/DC）变换器的副边最大效率控制方法，通过原边等效阻抗实时在线估计耦合系数，利用前馈控制器改变DC/DC变换器输入占空比实现最 大效率控制[5],如附录A图A4所示为东京大学设计的无线供电系统。 　　 　　在轨道列车的无线供电技术方面，韩国铁道研究院（KRRI）对整个轨道列车无线供电系统进行了设计研究，并做出了功率1MW、轨道长128m的实验装置，如附录A图A5所示。耦合机构采用发射端长直导轨，通过两个小U型磁芯增强耦合性能，由于轨道较长，电感较大，为减小电容电压应力，将电容分散在发射线圈中[6-8]. 　　 　　此外德国庞巴迪在电动汽车、有轨电车无线供电领域也处于较为领先的水平，由于商业化的原因，其相应的技术资料较少[9]. 　　 　　1.2国内动态无线充电技术发展动态 　　 　　国内各高校、研究所也相继开展了无线电能传输技术及应用的研究工作，并于2011年10月，由中国科协资助在天津工业大学举办了“无线电能传输关键技术问题与应用前景”学术沙龙，这是国内在无线电能传输领域的第一次学术会议，随后2012年在重庆举办了“无线电能传输技术研讨会”、2013年在贵阳举办了“无线电能传输关键技术与应用学术研讨会”、2014年在南京举办了“无线电能传输技术与应用国际学术会议”、2015年在武汉举办了“无线电能传输技术及应用学术会议”,展示了国内无线电能传输技术良好的发展态势和前景。国内几所较早开展与动态无线电能传输技术相关研究的高校主要包括东南大学、天津工业大学、重庆大学、中科院电工所、西南交通大学、哈尔滨工业大学等。这些高校前期研究主要集中在大功率电力电子电能变换与拓扑设计、磁耦合机构优化设计、系统建模优化与控制、系统复杂动力学行为分析与控制、能量和信息同步传输、负载识别与异物检测、电磁兼容与电