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摘要：随着汽车数目的不断增加，给环境造成了严重的污染，我国大部分地区雾霾严重，空气质量下降严重。为了解决人民对高品质生活的要求及环境污染之间的矛盾，人们从上世纪就已经开始了对新能源汽车的研究与探索，在新能源当中，毫无疑问电能是最简单最方便，所以，电动汽车自然而然成为了替代传统能源汽车最为理想的选择。但是，这个替代过程是非常漫长的，包含了很多制约因素，其中最为核心的就是充电技术。多年来，很多的技术工作者将目光与精力都投入其中。基于此，本文针对相关问题进行分析，以供参考。
关键词：电动汽车;无线充电技术;现状;发展趋势
1 电动汽车无线充电技术概述
电动汽车成为世界各国的战略性新兴产业，在十余年的发展历程中，电动汽车数量呈指数增长，市场渗透率逐年攀升。推动电动汽车迅猛发展的一方面技术因素就是汽车电池的充电技术取得了显著的研究成果。电力电子技术持续发展的同时，电动汽车的能量供给方式也呈现多样化，已经出现了换电和充电的模式，充电中还包括接触式充电和非接触式无线充电等多种方式，增强了充电时间和地点上的灵活性，使得电动汽车的实用性大大提高。对于电动汽车的无线充电技术更是近年发展的趋势，其具有安全方便的优点，能够大幅减少电动车的电池容量，减轻车体重量，将电动车的初始购置成本降低，使其不再受制于大容量电池的高成本因素，能够使得电动车的市场规模更广阔，因此，研究其专利分布，把握其技术发展脉络十分必要。目前，常用的电动汽车无线充电的装置及方法主要通过电磁感应、磁共振、微波等方法进行无线电能传输，通过改变发射端和接收端的布置和控制方法，提高充电的稳定可靠性和电能传输效率，另外，激光式无线充電、电场耦合式、超声波式无线充电，也可实现电动汽车充电，但均存在缺陷而没有广泛应用。IPC分类号下也针对上述几种常用方式进行了细分，其中，通过无线方式对进行电动汽车充电的方法可以归纳为固定充电（静态）和移动中充电（动态）两大类。
2 我国电动汽车无线充电技术现状分析
在国内，中兴新能源从2014年和东风汽车公司在湖北襄阳联合打造出中国第一条大功率无线充电公交商用示范线开始，截至到现在，已在全国30多个城市开通了无线充电公交线路。国内无线充电的技术应用主要集中商用客车方面，在乘用车方面还未有量产车型上市。在2016年广州国际新能源汽车充电桩博览会上，北汽联合中惠创智推出国内首创基于磁耦合谐振技术研发的6.6kW级无线充电桩，传输距离达到20cm（±5），平均传输效率达到90%以上。在大功率无线充电方面，中兴新能源研发出了具有完全自主知识产权的电动汽车60kW大功率无线充电系列产品。美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）研究出了一款用于车辆的120kW无线充电系统，效率为97%。德国庞巴迪公司200kW无线充电系统，效率高达92%，并可组合为400kW。在动态充电方面，沃尔沃提出了一种汽车集电器和公路电缆直连，实现直流充电的动态充电方式，这一充电系统要求车速大于60km/h，更适合在高速公路上推广。ElectReonWireless公司利用自主研发的实时无线电气化系统成功地完成雷诺Zoe行驶无线充电测试。测试时采用了多种路况条件，该款无线充电系统的充电传输率达到87%。
3 目前无线充电方式分析
3.1 磁共振形式
磁共振方式的原理与声音的共振原理相同。相同的音叉，当一个发声，由于振动频率相同其他的音叉也会跟着发声。相同振动频率的线圈，如果排列在磁场当中，当一个供电之后，就会产生磁场，从而实现向另一个线圈的供电。相比电磁感应式，磁共振式利用这一原理可延长传输距离。磁共振式无线充电的充电效率可达到数千瓦，传输距离理论上可达到数米甚至数千米，也可实现一对多充电。但是，磁共振式无线充电转化效率不高，设计难度较高，维护成本高等问题，致使磁共振式无线充电技术应用不够普遍。
3.2 电场耦合式
电场耦合方式的无线供电技术与“电磁感应方式”和“磁共振方式”不同，电场耦合方式利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子有产生的磁感电场来传输电力，具有抗水平错位能力较强的特点。电场耦合式无线充电技术可实现传输功率1W一10W左右的无线充电，由于间隙的存在，能量在极板间的功率损耗较大，因此不能实现大功率电能传输;而传输距离最高能达到数厘米，充电效率最优可达到70%到80%，非常适合短距离充电，发射端和接收端的位置可以不固定，但由于设备体积和充电功率限制，目前市场应用不多。
3.3 无线电波式
无线电波式无线充电技术将微波的能量转化为电能，从而实现无线电力传输。其原理与早期的矿石收音机原理相似。主要由微波发射装置和微波接收装置组成，可以将从障碍物反弹回来的无线电波轻松获取，从而实现能量的接收。无线电传输功率比较小，最高100毫瓦，传输距离比较远，最高10米。缺点是转化效率比较低，发射器发送的大量功率以无线电波的形式被浪费掉，从而制约无线电波式无线充电技术发展，目前并未得到广泛地推广。
3.4 雷达传感器的无线充电技术
随着电池容量变得适合大众市场，对电动车辆充电技术的需求不断增加。无线充电被认为是最有前途的自动和方便充电技术。特别是在可公开进入的停车位中，异物能够容易地进入充电线圈之间的大气隙。由于诱发的磁场不符合规定，因此要求无线充电系统采取与保护濒危物体有关的进一步预防措施。因此，需要额外的传感器防止它们暴露于磁场主要来保护活物体。在电动汽车的背景下，无线充电已经发展了近20年。在以5-150kHz的频率将电网电源转换为交流电后，在两个感应线圈之间，通过交变磁场传输功率。与无线功率传输的其他应用相比，磁场必须穿越初级线圈和次级线圈之间的大气隙。使用车辆侧面的汽车雷达传感器监测车辆底部下气隙，可以防止生物体暴露于感应充电系统引起的交变磁场。为了满足感应充电系统的要求，应用二维信号处理技术来检测外来物体的最轻微移动。检测车辆下方的平静握持的手并且与静态物体的反射区分开。在原型实施的帮助下评估概念可行性。此外，应用二维信号处理技术以满足感应充电系统的要求。
4 发展趋势
4.1 动态无线充电技术研究。道路基面以下布置充电设施，为行进中的汽车充电，从而使汽车行驶消耗的电能得到及时补充，延长汽车续驶里程。
4.2 无线充电技术与智能网联技术深度融合，提高整车驾驶性能和用户体验。
4.3 电磁防护技术研究。电动汽车无线充电系统工作在高频磁场变化下，其电磁辐射水平对生物安全性的影响是公众关注的重要问题。
4.4 新技术新材料应用研究，提高无线充电传输效率。如以SiC为代表的第3代半导体，以其高频、高耐压和低损耗等特性，为充电设施向高效率、高功率密度和高电压等级方向发展提供了器件级基础。
4.5 大功率无线充电技术。电动汽车充电时间是电动汽车性能评价的一个关键技术指标，提高充电功率，缩短充电时间有助于提升用户体验。而大功率充电负荷对电网冲击分析及应对策略研究是今后研究重点。
参考文献
[1]李路.电动汽车无线充电技术专利申请分析[J].电子知识产权，2018.
[2]向清琪.无线充电技术专利布局研究[D].湘潭：湘潭大学，2018.
[3]董福禄，等.电动汽车无线充电耦合器综述[J].电气开关，2018.
关键词：电动汽车;无线充电技术;现状;发展趋势
1 电动汽车无线充电技术概述
电动汽车成为世界各国的战略性新兴产业，在十余年的发展历程中，电动汽车数量呈指数增长，市场渗透率逐年攀升。推动电动汽车迅猛发展的一方面技术因素就是汽车电池的充电技术取得了显著的研究成果。电力电子技术持续发展的同时，电动汽车的能量供给方式也呈现多样化，已经出现了换电和充电的模式，充电中还包括接触式充电和非接触式无线充电等多种方式，增强了充电时间和地点上的灵活性，使得电动汽车的实用性大大提高。对于电动汽车的无线充电技术更是近年发展的趋势，其具有安全方便的优点，能够大幅减少电动车的电池容量，减轻车体重量，将电动车的初始购置成本降低，使其不再受制于大容量电池的高成本因素，能够使得电动车的市场规模更广阔，因此，研究其专利分布，把握其技术发展脉络十分必要。目前，常用的电动汽车无线充电的装置及方法主要通过电磁感应、磁共振、微波等方法进行无线电能传输，通过改变发射端和接收端的布置和控制方法，提高充电的稳定可靠性和电能传输效率，另外，激光式无线充電、电场耦合式、超声波式无线充电，也可实现电动汽车充电，但均存在缺陷而没有广泛应用。IPC分类号下也针对上述几种常用方式进行了细分，其中，通过无线方式对进行电动汽车充电的方法可以归纳为固定充电（静态）和移动中充电（动态）两大类。
2 我国电动汽车无线充电技术现状分析
在国内，中兴新能源从2014年和东风汽车公司在湖北襄阳联合打造出中国第一条大功率无线充电公交商用示范线开始，截至到现在，已在全国30多个城市开通了无线充电公交线路。国内无线充电的技术应用主要集中商用客车方面，在乘用车方面还未有量产车型上市。在2016年广州国际新能源汽车充电桩博览会上，北汽联合中惠创智推出国内首创基于磁耦合谐振技术研发的6.6kW级无线充电桩，传输距离达到20cm（±5），平均传输效率达到90%以上。在大功率无线充电方面，中兴新能源研发出了具有完全自主知识产权的电动汽车60kW大功率无线充电系列产品。美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）研究出了一款用于车辆的120kW无线充电系统，效率为97%。德国庞巴迪公司200kW无线充电系统，效率高达92%，并可组合为400kW。在动态充电方面，沃尔沃提出了一种汽车集电器和公路电缆直连，实现直流充电的动态充电方式，这一充电系统要求车速大于60km/h，更适合在高速公路上推广。ElectReonWireless公司利用自主研发的实时无线电气化系统成功地完成雷诺Zoe行驶无线充电测试。测试时采用了多种路况条件，该款无线充电系统的充电传输率达到87%。
3 目前无线充电方式分析
3.1 磁共振形式
磁共振方式的原理与声音的共振原理相同。相同的音叉，当一个发声，由于振动频率相同其他的音叉也会跟着发声。相同振动频率的线圈，如果排列在磁场当中，当一个供电之后，就会产生磁场，从而实现向另一个线圈的供电。相比电磁感应式，磁共振式利用这一原理可延长传输距离。磁共振式无线充电的充电效率可达到数千瓦，传输距离理论上可达到数米甚至数千米，也可实现一对多充电。但是，磁共振式无线充电转化效率不高，设计难度较高，维护成本高等问题，致使磁共振式无线充电技术应用不够普遍。
3.2 电场耦合式
电场耦合方式的无线供电技术与“电磁感应方式”和“磁共振方式”不同，电场耦合方式利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子有产生的磁感电场来传输电力，具有抗水平错位能力较强的特点。电场耦合式无线充电技术可实现传输功率1W一10W左右的无线充电，由于间隙的存在，能量在极板间的功率损耗较大，因此不能实现大功率电能传输;而传输距离最高能达到数厘米，充电效率最优可达到70%到80%，非常适合短距离充电，发射端和接收端的位置可以不固定，但由于设备体积和充电功率限制，目前市场应用不多。
3.3 无线电波式
无线电波式无线充电技术将微波的能量转化为电能，从而实现无线电力传输。其原理与早期的矿石收音机原理相似。主要由微波发射装置和微波接收装置组成，可以将从障碍物反弹回来的无线电波轻松获取，从而实现能量的接收。无线电传输功率比较小，最高100毫瓦，传输距离比较远，最高10米。缺点是转化效率比较低，发射器发送的大量功率以无线电波的形式被浪费掉，从而制约无线电波式无线充电技术发展，目前并未得到广泛地推广。
3.4 雷达传感器的无线充电技术
随着电池容量变得适合大众市场，对电动车辆充电技术的需求不断增加。无线充电被认为是最有前途的自动和方便充电技术。特别是在可公开进入的停车位中，异物能够容易地进入充电线圈之间的大气隙。由于诱发的磁场不符合规定，因此要求无线充电系统采取与保护濒危物体有关的进一步预防措施。因此，需要额外的传感器防止它们暴露于磁场主要来保护活物体。在电动汽车的背景下，无线充电已经发展了近20年。在以5-150kHz的频率将电网电源转换为交流电后，在两个感应线圈之间，通过交变磁场传输功率。与无线功率传输的其他应用相比，磁场必须穿越初级线圈和次级线圈之间的大气隙。使用车辆侧面的汽车雷达传感器监测车辆底部下气隙，可以防止生物体暴露于感应充电系统引起的交变磁场。为了满足感应充电系统的要求，应用二维信号处理技术来检测外来物体的最轻微移动。检测车辆下方的平静握持的手并且与静态物体的反射区分开。在原型实施的帮助下评估概念可行性。此外，应用二维信号处理技术以满足感应充电系统的要求。
4 发展趋势
4.1 动态无线充电技术研究。道路基面以下布置充电设施，为行进中的汽车充电，从而使汽车行驶消耗的电能得到及时补充，延长汽车续驶里程。
4.2 无线充电技术与智能网联技术深度融合，提高整车驾驶性能和用户体验。
4.3 电磁防护技术研究。电动汽车无线充电系统工作在高频磁场变化下，其电磁辐射水平对生物安全性的影响是公众关注的重要问题。
4.4 新技术新材料应用研究，提高无线充电传输效率。如以SiC为代表的第3代半导体，以其高频、高耐压和低损耗等特性，为充电设施向高效率、高功率密度和高电压等级方向发展提供了器件级基础。
4.5 大功率无线充电技术。电动汽车充电时间是电动汽车性能评价的一个关键技术指标，提高充电功率，缩短充电时间有助于提升用户体验。而大功率充电负荷对电网冲击分析及应对策略研究是今后研究重点。
参考文献
[1]李路.电动汽车无线充电技术专利申请分析[J].电子知识产权，2018.
[2]向清琪.无线充电技术专利布局研究[D].湘潭：湘潭大学，2018.
[3]董福禄，等.电动汽车无线充电耦合器综述[J].电气开关，2018.