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电动汽车无线充电技术研究综述

赵争鸣;刘方;陈凯楠

【摘要】Wirelesschargingtechnologyforelectricvehicles(EV)has

becomemoreandmorepopularforitsadvantagesofoperationsafety,

flexibility,convenienceandlowcost.Thispaperreviewscurrentresearches

andkeypointsonthetechnologyfromtheaspectsofpowertransmission

coils,compensationnetworksandpowerelectronicsconvertersaswellas

theircontrolmethods.Hotissuesandthefutureofwirelesscharging

technologyarediscussedintheend.%无线充电技术以其运行安全、灵活便捷

和低维护成本等优点，受到越来越多的关注，是未来电动汽车供电技术的发展趋势

之一。本文从传输线圈结构、谐振网络及系统特性、电力电子变换器及其控制方法

三个角度对当前的研究现状和热点问题进行了综述，分析讨论了亟待解决的问题及

今后的发展趋势。

【期刊名称】《电工技术学报》

【年(卷),期】2016(031)020

【总页数】11页(P30-40)

【关键词】电动汽车;无线充电;磁耦合谐振

【作者】赵争鸣;刘方;陈凯楠

【作者单位】电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室清华大学北京

100084;电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室清华大学北京

100084;电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室清华大学北京

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【正文语种】中文

【中图分类】TM910.6;U469.72

随着全球环境和能源问题的日渐凸显，发展和普及电动汽车等新能源汽车变得越来

越重要。国内外对于纯电动汽车（ElectricVehicles,EV）和插电式混合动力汽车

（Plug-inHybridEV,PHEV）的研究、产量和销售也已逐步升温。尽管电动汽车

的发展得到了很多国家和政府政策的大力支持和鼓励，其推广还仍然面临着诸多问

题。其中，车载电池有限的能量密度和高成本是制约其发展的主要瓶颈之一。电池

的能量密度远远不及汽油，必须经常进行充电作业，每次充满电都需数小时。目前

主要有三种解决方案：更换电池、有线充电和无线充电。其中，更换电池的方案存

在不同汽车品牌的电池不能互用、换电站需要储备大量电池、建设成本和维护费用

高等问题。对于有线充电，频繁插拔易造成插座磨损、老化，产生电火花；线路破

损会带来漏电等安全隐患，对风暴霜冻天气的适应性也较差。相比以上两种方案，

无线充电方案将发射线圈埋入地下，不占据地上空间且无外漏接口，具有运行安全、

便捷灵活、维护成本低、用户体验好等优点，受到了越来越多的关注。

按传输距离，无线电能传输可以分为短距离、中距离和远距离三种[1]。迄今为止

能够实现电能无线传输的方式主要有微波、激光、超声波、电场耦合和磁场耦合等

[2]。文献[2]对以上五种方式进行了详细的介绍和对比。微波和激光传输距离较远，

但效率很低，适用于诸如军事、航天及空间太阳能电站等特殊场合。超声波和电场

耦合传输方式的传输功率较小。传统磁耦合传输方式基于电磁感应原理，传输功率

大，近距离传输效率较高，但对于距离较为敏感，适用于短距离传输。2007年麻

省理工学院（MIT）的MarinSoljacic教授团队研究发现，在发射端和接收端加

入调谐网络后，可进一步提高传输距离[3]。磁耦合谐振式无线传电技术使得系统

在中等距离（传输距离几倍于传输线圈的直径）传输时，仍能得到较高的效率和较

大的功率，且电能传输不受空间非磁性障碍物的影响，更适用于电动汽车大气隙

（15～45cm）、高效率（＞85%）和大功率（kW级）的技术需求[4]。

典型的电动汽车无线充电系统基本结构如图1所示[5]，包括电力电子变换器、谐

振网络、发射线圈、接收线圈、整流滤波和电池负载等部分。本文将针对无线电能

传输技术在电动汽车充电中的实际应用，从传输线圈、谐振网络和电力电子变换器

及其控制策略等方面对目前的研究现状和热点问题进行综述，并就其亟待解决的关