淺談電動汽車無線充電系統(tǒng)及性能要求

無線充電簡單方便，即停即充，不受惡劣氣候條件的影響，不用擔心人為破壞，大大提高了用戶體驗，更是自動駕駛汽車不可或缺的功能之一。隨著電動汽車大規(guī)模普及和無人駕駛技術的高速發(fā)展，感覺最近汽車無線充電發(fā)展明顯加速。

一、系統(tǒng)組成

電動汽車的無線充電系統(tǒng)，基本上由電源盒、地面發(fā)射板、車載接收板、車載控制器共4個部分組成。目前的無線充電主要是單向Grid to Vehicle(G2V)供電，以后必然發(fā)展為雙向供電，即G2V + V2G。為方便起見，本文仍稱之為“地面發(fā)射板”和“車載接收板”。

無線充電的系統(tǒng)部件，不同廠商定義了不同的名稱，Qualcomm稱之為Power Supply Unit(PSU)、base Pad (BP)、Vehicle Pad (VP)、Vehicle Control Unit (VCU)。Evatran稱之為Control Panel, Parking Pad, Vehicle Adapter(包括線圈和控制器)。根據需要，地上部分和車載部分的線圈和控制器既可以做成分體式，也可以做成一體式。當前大部分系統(tǒng)是直流輸出到電池，也有少部分是交流輸出到OBC。系統(tǒng)框圖如下：

GA–Ground Assembly, 即地面發(fā)射板；VA–Vehicle Assemble, 即車載接收板

無線充電屬弱耦合系統(tǒng)，耦合系數 k≈0.1-0.4。標稱工作頻率85kHz，頻率范圍81.38-90kHz。

二、線圈結構

在無線充電系統(tǒng)中，常見線圈結構有CR、DD、及多線圈形(比如Bipolar)。CR結構是單一環(huán)形結構，可以繞制成圓形、橢圓形、或方形等；DD結構實際上是一條Liz線從一個線圈繞到另一個線圈；而Bipolar是由兩個獨立線圈部分重疊而成。

相比傳統(tǒng)的CR結構而言，DD結構更小、更輕、效率更高、位置敏感度低、互操作性更好。

如下圖，Bipolar可以靈活配置成大CR、小CR或DD形。大家不禁要問，既然Bipolar如此完美，為什么應用不多呢？問題在于，線圈越多控制越復雜，成本及價格也越高，因此在產業(yè)化初期不會大規(guī)模應用。

三、電路拓撲

選用什么樣的電路的拓撲，與線圈結構、功率等級、隔空間隙等設計需求有關。不同廠家都有自己獨特設計，有的涉及專利技術及知識產權。以下是兩個典型示例：