电动汽车无线充电用磁耦合机构研究进展
第 4 卷 第1期2015年1月
集 成 技 术
收稿日期：2014-10-29 修回日期：2014-11-17
作者简介：王丽芳(通讯作者)，研究员，博士生导师，研究方向为电动汽车能量管理及其充电技术，E-mail ：wlf@https://www.sodocs.net/doc/c512287671.html, ；朱庆伟，博士研究生，研究方向为电动汽车动态无线充电技术；李均锋，博士研究生，研究方向为电动汽车无线充电技术；郭彦杰，博士，助理研究员，研究方向为电动汽车无线充电技术及电磁兼容技术。
电动汽车无线充电用磁耦合机构研究进展
王丽芳1 朱庆伟1,2 李均峰1,2 郭彦杰1
1
(中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室 中国科学院电工研究所 北京 100190)
2
(中国科学院大学 北京 100049)
摘 要 发展电动汽车是节能、环保和低碳经济的需求，而无线充电技术以其安全、便捷和低维护的优点，越来越受到学术界和工业界关注，是未来电动汽车供电技术的发展趋势。磁耦合机构是无线充电系统中实现电能无线传输最为关键的部件。文章介绍了近几年来国际上电动汽车无线充电系统开发及其磁耦合机构研发的最新研究进展，包括电动汽车无线充电实用化和产业化的最新进展，最后讨论和总结了磁耦合机构研究的难点和发展趋势。关键词 电动汽车；无线充电；磁耦合机构；线圈；磁性材料中图分类号 TM 910.6 U 469.72 文献标志码 A
State-of-Art of the Magnetic Coupler in an Electric Vehicle Oriented
Wireless Charging System
WANG Lifang 1 ZHU Qingwei 1,2 LI Junfeng 1,2 GUO Yanjie 1
1
( Key Laboratory of Power Electronics and Electric Drives , Institute of Electrical Engineering , Chinese Academy of Sciences ,
Beijing 100190, China )
2
( University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China )
Abstract On demand of a sustainable, green, and low-carbon economy development, there is a worldwide stimulation
on the progress of Electric Vehicle (EV) industry. The wireless charging technique, embodying advantages of convenience, safety and low-maintenance, has been gaining interests from both the academia and industrial community. It is promising to be the future trend for the EV charging technology. And the magnetic coupler which enables wireless charging is the most essential part in a wireless charging system. In this paper, the latest research progress in the development of EV oriented wireless charging system, especially the magnetic coupler, which is the most important unit, was reviewed internationally. Besides, the pioneering deployments and commercializing trial of the wireless charging system using EV was highlighted as well. At last, challenges to be addressed and perfections to be made in the near future on the magnetic coupler were summarized.
Keywords electric vehicle; wireless charging; magnetic coupler; coil; magnetic pad
1 引 言
在环保和能源短缺的双重压力下，各国政府
和各大汽车厂商都在积极推进电动汽车产业的发
展。然而，由于电动汽车动力电池成本一直居高不下，成组电池能量密度低导致电动汽车的行驶里程有限，充电设施不健全，传统插电式的充电
集 成 技 术2015年2
方式笨重、不方便，并且在恶劣天气状况下存在一定的安全隐患，种种不利因素制约了电动汽车的普及。
2007 年，麻省理工大学在美国《科学》杂志上发布了磁共振无线电能传输技术，通过 4 个线圈将 60 多瓦的能量传输到 2 m 远之外的灯泡，在学术界引发了一阵研究无线电能传输技术的热潮。无线电能传输技术主要分为感应式能量传输和磁共振能量传输两种，目前大功率的无线能量传输系统主要采用磁感应方式。随着研究的深入，大功率的无线电能传输装置逐渐被开发出来，像 WiTricity[1]、Evatran[2]这种开发无线充电系统的新公司也应运而生，并开始推出各种无线充电产品，其中最有前景的当属针对电动汽车应用的无线充电系统。
将无线电能传输技术与电动汽车充电结合起来实现无线充电，能够大大提高电动汽车充电的方便性。用户只需把车停在安装有电能发送装置的指定区域，充电即可自动进行；无线充电系统的发射装置可埋设在车库或停车场，不需要任何维护。无线充电在给电动汽车使用带来巨大方便的同时也能促进电动汽车产业的发展，有望成为未来电动汽车的充电方式。因此各大科研院所以及汽车巨头纷纷加大了电动汽车无线充电系统的研发投入。
本文针对电动汽车用无线充电技术，对当前国际上在无线充电系统中最关键的部件——磁耦合机构的研发方面的最新研究进展进行了综述，并对磁耦合机构研究的难点和未来发展趋势进行了讨论和总结。
2 国外最新研究进展
2.1 实验室研究方面
在千瓦级电动汽车用无线充电系统磁耦合机构研发方面，国外主要有新西兰奥克兰大学、韩国科学技术院、美国橡树林国家实验室、密歇根大学、犹他大学和日本埼玉大学等科研机构投入了大量研究，提高了无线充电系统的效率，提出了一些结构紧凑、适用于电动汽车无线充电的设计方案。
为加快无线充电系统在电动汽车领域里的推广应用，新西兰奥克兰大学无线充电技术研究团队的 Budhia 等[3]针对无线充电系统的磁感应耦合机构不断进行了研究和改进。早期他们采用盘式圆形线圈加放射状磁性材料的耦合机构，开发了 2 kW 的无线充电系统。近年他们又提出了双线圈并排的单侧磁通型[4]磁感应耦合机构：将两个串联在一起的线圈并排排列，通过设计绕线方向使两个线圈里的电流方向相反，条形磁性材料水平放置在两线圈中点的连线上。此种线圈结构被称为 Double-D 结构，简称 DD 型线圈，这种单侧磁通型耦合机构能够大大提高耦合系数。在 DD 型线圈的基础上衍生出来了如图 1 所示的DDQ 线圈，以及 Bipolar 线圈(BP)[5]，这几种线圈间能够相互兼容，可作为发射线圈或者接收线圈使用，获得了优于最初的圆形线圈耦合机构的横向偏移容忍度，大大提高了无线充电系统有效充电区域的范围。
美国橡树林国家实验室(ORNL)Onar 等[6]从2009 年开始开展了电动汽车用无线充电系统的研发工作：他们采用方形圆角线圈结构，于 2013 年开发了输出 6 kW 的电动汽车用无线充电系统，系统工作频率为 22 kHz，在 15 cm 传输距离时达到了超过 97% 的线圈效率。该系统由于 DC 母线电压(110 V)和输出电压均很低，而线圈电流及变换器电流均很大，因此 DC-DC 效率只有89%，实验室线圈如图 2 所示。
韩国科学技术院的 Moon 等[7]同样采用方形圆角的线圈结构开发了额定输出功率为 6.6 kW 的电动汽车用无线充电系统。该系统的独特之处在于他们采用了 3 线圈的耦合机构(如图 3 所
王丽芳，等：电动汽车无线充电用磁耦合机构研究进展1期3
示)，在发射线圈里面内嵌一个小的中继调节线圈，提高了等效耦合系数，进而提高了系统效率，在 20 cm 传输距离条件下获得了超过 95% 的 DC-DC 效率。与 ORNL 系统相比可知，该系统磁耦合机构的尺寸比较大：发射线圈边长为 80 cm ，接收线圈为 60 cm ，而且母线电压为 540 V ，输出电压为 400 V ，因此总体效率更高。 犹他大学的 Hu 等[8]研究人员也开发了 5 kW 的无线充电系统，系统采用奥克兰大学最早提
出的圆形盘式线圈加放射状磁性材料的磁耦合结构，其发射端(接收端)的直径略大于 80 cm ，
图 1 新西兰奥克兰大学 Boys 团队提出的几种磁耦合机构
Fig. 1 Four types of magnetic couplers proposed by Boys from Auckland University
图 3 韩国科学技术院 Moon 提出的 3 线圈磁耦合机构
Fig. 3 The novel 3-coil magnetic coupler adopted by Moon from Korea Advanced Institute of Science and
Technology
(a ) Bipolar 线圈结构(b ) DDQ 线圈结构(c ) 圆形线圈结构(d ) Doubel-D
线圈结构
图 2 美国橡树林国家实验室的线圈
Fig. 2
Experimental coil of Oak Ridge National Lab
集 成 技 术2015年
4线圈与磁性材料的分布如图 4 所示。还采用发射端、接收端双端控制的控制策略，该系统在 20 cm 的传输距离下获得了 92% 左右的系统效率。
图 4 犹他大学 Hu 采用的圆形线圈
Fig. 4 Circular coil used by Hu from the University
of Utah
另外，密歇根大学 Mi 团队也采用了类似于奥克兰大学提出的 DD 型线圈的磁耦合机构，对所使用的磁性材料的形状和数量进行优化。设计了如图 5 所示的 DC-DC ，效率超过 95%，输出功率高达 8 kW 的电动汽车用无线充电系统[9]。系统直流母线电压为 420 V ，输出电压为 500 V 。 日本埼玉大学 Takanashi 等[10]则采用两个平行放置的 H 型磁芯，将线圈绕在磁芯中央构成主磁通为水平方向的独特的耦合机构(如图 6 所示)，设计了 3 kW 的电动汽车用无线充电系统。该系统最大的优势在于结构紧凑而且横向偏移容
忍度较高，其磁芯加线圈构成的发送端(接收端)尺寸仅为 32 cm ×30 cm ×4 cm ，在 20 cm 传输距离下获得了 90% 的系统效率。
图 6 埼玉大学开发的 H 型耦合机构Fig. 6 The H-type magnetic coupler developed in
Saitama University
2.2 产业化进展
电动汽车用无线充电系统的研发与应用不仅局限在学术界，汽车行业巨头也加紧开展了电动汽车无线充电实用化的进程。
丰田汽车联合美国 WiTricity 公司[1]，针对外插充电式混合动力汽车(PHEV )开发的无线充电系统于 2014 年 2 月在日本爱知县内启动了实证实验。实验对象车为 3 辆安装了 WiTricity 开发的磁共振无线充电系统的 Prius 混合动力电动汽车，采用 2 kW 的充电功率，只需 90 分钟电池即可将 4.4 kWh 的电池组充满。该充电系统通过磁共振方式，利用安装在地面的线圈(电力输出端)与安装在汽车上的线圈(电力接收端)两组线圈之间的磁共振耦合传输电力。丰田还开发了相应的智能泊车支持系统，以便引导驾驶员将汽车停在最佳位置使得地面线圈与车载线圈尽量对准，保证较高的充电效率。在实验中，丰田将对无线充电系统的用户满意度和便捷性、日常使用时的停
车位置偏移量分布、充电频率及定时充电的运用等对充电行为产生的影响等进行验证[11]。实验所用的 WiTricity
公司的电动汽车无线充电产品如
图 5 密歇根大学 Chris Mi 开发的 8 kW 系统Fig. 5. The 8-kW wireless charging system developed
by Chris Mi from University of Michigan
王丽芳，等：电动汽车无线充电用磁耦合机构研究进展1期5
3 国内研究进展
国内在电动汽车无线充电系统研发应用及实用化推广方面相对较为落后，目前相关研究主要集中在中国科学院电工研究所、重庆大学、南京航空航天大学、东南大学以及哈尔滨工业大学等
科研院所。企业在电动汽车无线充电产业化的探索则尚未见报道。
哈尔滨工业大学提出利用高磁导率平板磁芯绕制发射/接收线圈的方案，设计了 1.85 kW 的无线电能传输系统[13]；东南大学在无线充电与电网交互方面进行了较为深入的研究；重庆大学在无线充电系统的恒流控制、负载检测等方面取得大量研究成果，解决了一些电动汽车无线充电系统实用化过程中会遇到的实际问题。
南京航空航天大学陈乾宏等[14]也在无线能量传输方面开展了研究工作。为提高非接触变压器的耦合系数，同时减小其体积、质量，提出了改进的变压器磁芯结构及绕组排列方法，并结合电磁场仿真结果，提出新型非接触变压器的磁路模型，以此设计了边沿扩展平面 U 型磁芯结构，如图 9 所示。该新型非接触变压器结构可显著降低非接触变压器的质量，提高其耦合系数，并有助于改善变换器的效率，有望应用在电动汽车无线充电系统中。
中国科学院电工研究所对比研究了基于感应耦合方式的非接触充电技术和基于磁共振耦合方式的非接触充电技术，在电动汽车用无线充电系统线圈设计、电容参数设计[15]、磁场分析与屏蔽等方面进行了深入研究，设计了基于磁共振
耦合方式的无线充电系统。该系统额定功率为 3.3 kW ，传输距离为 20 cm ，与轿车底盘高度相当。实验室条件下，该系统达到了 94% 的 DC-DC 效率。在此基础上，如图 10 所示，针对北汽 E150 完成了装车试验，在电动汽车无线充电系
图 7 所示。
图 7 WiTricity 公司的电动汽车无线充电产品Fig. 7 Electric Vehicle oriented wireless charging
system produced by WiTricity Corporation
此外，著名汽车部件制造商博世(Bosch )也与 Evatran Group 合作开发了他们的无线电动汽车充电系统(Plugless Level 2 Electric Vehicle Charging System )[2]，如图 8 所示。据称该无线充电设备是美国市场上首款商业化的无线充电系统。该系统由地面发送器、车载适配器及地面操控面板组成，220 V 交流市电输入，额定功率为 3.3 kW 。Bosch 公司在拉斯维加斯的消费电子展上宣布将对前 250 名用户提供 3 折优惠，优惠后该充电装置售价约 2000 美元[12]。目前，该无线充电系统只适用于日产 Leaf 、雪佛兰 Chevy V olt 这两款电动汽车。同时，Evatran 宣布 2015 年将针对其他车型开发相应的无线充电系统。
图 8 针对 Chevy Volt 和 Nissan Leaf 的 Plugless Level
2 电动汽车无线充电系统
Fig. 8 Plugless Level 2 wireless charging system for Chevy Volt and Nissan Leaf produced by Evatran
Corporation
集 成 技 术2015年6
统设计与装车应用方面取得了初步的成果。
4 结 论
与传统插电式充电方式相比，电动汽车无线充电具有方便、安全和免维护的巨大优势。电动汽车用无线充电系统的研发已经成为业界热点，但是其产品化、商业化的进程才刚刚开始，还有许多实际的工程问题需要解决，在未来几年依然是行业热点。
电动汽车无线充电用磁耦合机构是无线充电系统中最为关键的部件，其研究难点与未来发展趋势主要在以下几个方面：
(1)通过优化线圈、磁性材料结构进一步提高磁耦合机构的耦合系数，提高系统效率，减小周围磁场辐射。
(2)适用于电动汽车无线充电应用的高效磁场屏蔽技术。
(3)通过改进结构或者结合电路控制进一步提高磁耦合机构对横向偏移的容忍度，降低电动汽车无线充电使用过程中对汽车泊车位置的要求，提高使用方便性。
(4)通过改进磁耦合机构提高无线充电系统对不同车型，不一致的车体环境的兼容性。
参 考 文 献
[1]WiTricity Corporation. WiT-3300 [EB/OL]. [2014-
11-27]. https://www.sodocs.net/doc/c512287671.html,/products/wit-3300/. [2]Evatran Group Incorporation. Plugless [EB/
OL]. [2014-11-27]. https://https://www.sodocs.net/doc/c512287671.html,/
plugless-l2/.
[3]Budhia M, Covic GA, Boys JT. Design and
optimization of circular magnetic structures for
lumped inductive power transfer systems [J]. IEEE
Transactions on Power Electronics, 2011, 26 (11):
3096-3108.
[4]Budhia M, Boys JT, Covic GA, et al. Development
of a single-sided flux magnetic coupler for
electric vehicle IPT charging systems [J]. IEEE
Transactions on Industrial Electronics, 2013, 60(1):
318-328.
[5]Zaheer A, Kacprzak D, Covic GA. A bipolar
receiver pad in a lumped IPT system for electric
vehicle charging applications [C] // 2012 IEEE
Energy Conversion Congress and Exposition
(ECCE), 2012: 283-290.
[6]Onar OC, Miller JM, Campbell SL, et al. Oak
Ridge National Laboratory wireless power transfer
图 9 南京航空航天大学开发的平面 U 型磁耦合机构Fig. 9 The U-type magnetic coupler developed in
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
图 10 电工所在北汽电动车上开展无线充电系统装车
示范
Fig. 10 Researchers from Institute of Electrical Engineering conduct wireless charging demonstration on the E-150 of BAIC Group
王丽芳，等：电动汽车无线充电用磁耦合机构研究进展
1期7
development for sustainable campus initiative
[C] // 2013 IEEE Transportation Electrification
Conference and Expo (ITEC), 2013: 1-8.
[7]Moon SC, Kim BC, Cho SY, et al. Analysis and
design of a wireless power transfer system with
an intermediate coil for high efficiency [J]. IEEE
Transactions on Industrial Electronics, 2014,
61(11): 5861-5870.
[8]Wu HH, Gilchrist A, Sealy KD, et al. A high
efficiency 5 kW inductive charger for EVs using
dual side control [J]. IEEE Transactions on
Industrial Informatics, 2012, 8(3): 585-595.
[9]Li SQ, Nugyen T, Li WH, et al. Wireless charging
of electric vehicles with extremely high efficiency
and misalignment tolerance [EB/OL]. [2014-11-
27]. https://www.sodocs.net/doc/c512287671.html,/documents/2013%20
ECCE%20Special%20sessions/SS4/SS4.2_
WPT%20Mi.pdf.
[10]Takanashi H, Sato Y, Kaneko Y, et al. A large
air gap 3 kW wireless power transfer system
for electric vehicles [C] // 2012 IEEE Energy
Conversion Congress and Exposition (ECCE),
2012: 269-274.
[11]Changed EVs. Toyota begins testing wireless
charging system [OL]. [2014-11-17]. http://
https://www.sodocs.net/doc/c512287671.html,/newswire/toyota-begins-testing
-wireless-charging-system/.
[12]Evatran and Bosch offer promotional pricing as low
as $1,998 to first 250 PLUGLESS? wireless EV
charging customers [OL]. [2014-11-17]. http://
https://www.sodocs.net/doc/c512287671.html,/pgls_press_release/evatran-and-
bosch-offer-promotional-pricing-as-low-as-1998-to-
first-250-plugless-wireless-ev-charging-customers/.
[13]郭尧, 朱春波, 宋凯, 等. 平板磁芯磁耦合谐振式
无线电能传输技术[J]. 哈尔滨工业大学学报,
2014, 46(5): 23-27, 80.
[14]张巍, 陈乾宏, Wong SC, 等. 新型非接触变压器
的磁路模型及其优化[J]. 中国电机工程学报,
2010, 30(27): 108-116.
[15]Zhu QW, Wang LF, Liao CL. Compensate capacitor
optimization for kilowatt-level magnetically
resonant wireless charging system [J]. IEEE
Transactions on Industrial Electronics, 2014,
61(12): 6758-6768.
电动汽车无线充电技术文献综述
电动汽车无线充电技术的现状与展望 王利军（合肥工业大学，合肥230000） 刘小龙（合肥工业大学，合肥230000） 端木沛强（合肥工业大学，合肥230000） 景池（合肥工业大学，合肥230000） 【摘要】介绍了无线充电技术的分类、电动汽车无线充电技术的工作原理以及电动汽车无线充电技术的应用情况，对比分析电动汽车传统能源供给方式及无线充电方式的优缺点。分析电动汽车用无线充电技术的特点，并介绍应用于电动汽车的无线充电技术的研发现状。然后以行驶中的充电技术为重点，对将来电动汽车用无线充电技术的发展进行展望。Abstract：The categories, operating principles and applications of wireless charging technology are introduced in this paper. The advantages and disadvantages are analyzed by comparing traditional energy supply mode and wireless charging mode. The characteristic of wireless charging technology for EV is analyzed. And then the development present of wireless charging technology is introduced. Finally，the future of wireless charging technology for EV is described with focus on charging of a moving vehicle on road． 【关键词】电动汽车无线充电无线电力输送电磁感应 Key words：electric vehicle; wireless charging technology; wireless power transmission; electromagnetic induction; 0 引言 随着社会的进步、科技的发展、环境和能源问题的日益突出，发展和普及电动汽车等新能源汽车的呼声日趋高涨，国内外纯电动汽车( EV) 和插电式混合动力汽车( PHEV) 的量产和销售也已开始。然而当前电动汽车的普及还面临着诸多问题。其中充电技术方面，现在电动汽车的充电方式全部是接触式充电(无论是充电模式还是换电模式) ，非接触式的无线充电技术尚处于起步阶段。然而，从便利性来看，非接触式无线充电技术更适用。由于电动汽车二次电池的能量密度远不及汽油，必须经常进行充电作业，且每次充满电都需要数小时。而利用无线充电技术可以省却繁琐的充电作业，甚至可以在汽车行驶中自动进行充电，实现智能化和人性化，同时解决了接触式充电在安全和维护方面的问题。 1 无线充电技术 无线充电技术引源于无线电力输送技术。无线电力传输也称无线能量传输或无线功率传输，主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。根据在空间实现无线电力传输供电距离的不同，可以把无线电力传输形式分为短程、中程和远程传输三大类。 1.1 短程传输 通过电磁感应电力传输（ICPT）技术来实现，一般适用于小型便携式电子设备供电。ICPT 主要以磁场为媒介，利用变压器耦合，通过初级和次级线圈感应产生电流，电磁场可以穿透一切非金属的物体，电能可以隔着很多非金属材料进行传输，从而将能量从传输端转移到接收端，实现无电气连接的电能传输。电磁感应传输功率大，能达几百千瓦，但电磁感应原理的应用受制于过短的供电端和受电端距离，传输距离上限是10 cm 左右。 1.2 中程传输 通过电磁耦合共振电力传输（ERPT）技术或射频电力传输（RFPT）技术实现，中程传输可为手机、MP3 等仪器提供无线电力传输。ERPT 技术主要是利用接收天线固有频率与发射场电磁频率相一致时引起电磁共振，发生强电磁耦合的工作原理，通过非辐射磁场实现电能的高
新能源汽车单芯专用大电流传感器连接器
【新能源汽车专用单芯大电流、高压连接器（正极、负极）】 描述： 该系列连接器是我们公司自主研发、并已批量生产的新产品，主要应用于电动汽车充电系统、换电系统、配电系统、电池总线、动力电源、多电池串接、DC/DC等电气连接。接受客户特殊定制。 材质：外壳铜合金或塑料；接触件：铜合金镀银；绝缘体：阻燃塑胶；密封件：橡胶；阻燃：UL94-V0。 产品图片 正极外形图 负极外形图 产品主要优点产品外形图 1、连接器外壳可选金属壳体，可实现360°全屏蔽。 2、连接器外壳也有塑料壳体，重量轻。 3、体积小，特别适用于空间狭小的场合。 4、该系列产品为单芯大电流连接器，适配电缆为25mm2、 35mm2、50mm2、70mm2屏蔽或非屏蔽电缆。 5、采用推拉式快速锁紧结构，具有二次锁紧功能。 6、操作简易，连接可靠。 7、插头装孔，压接电缆；插座装针，可与接线端子连接。 8、接触件具有防触电保护功能。 9、防错插：同时具备结构防误和视觉防误两种措施，结构上 采用多键位防止错插设计，连接器外部通过不同颜色的配置实 现视觉防错。 10、防护等级高，插头插座配合后，防护等级达IP67。 11、我公司接受特殊要求的产品定制。 正极端面图负极端面图 产品技术参数 1、额定电流：220A（50mm2），270A（70mm2） 2、额定电压：630AC/DC 3、耐电压：3000V AC 4、接触电阻：≤0.2mΩ 5、绝缘电阻：≥5000MΩ（常态），≥500MΩ（湿热） 6、防护等级：IP67（插头插座对插后） 7、工作环境温度：-40℃~+125℃ 8、湿度：≤80%（温度为40±2℃） 9、盐雾：96H（特殊要求，另行定制） 10、自动二次锁扣，带高压互锁 11、插座法兰安装：螺丝安装扭矩：1.5Nm 12、插头安装方式：先推后按 13、机械寿命：500次 14、冲击：100g/s2，振动：500Hz-2000Hz/18g 产品选型说明 Ｐ、高压线束单芯直插头正极型号： KYFEVJ1ZTNC-P(1000)针端插头正 Ｎ、高压线束单芯直插头负极型号： KYFEVJ1ZTNC-N(1000)针端插头负 我公司通过ISO9001:2015质量体系认证，通过TS16949汽车行业质量体系认证。产品符合ROHS环保指令要求，产品技术指标全部通过检测合乎标准要求。我们公司对产品质量承诺质量保证。我公司拥有仪器仪表齐全的实验室、计量室。 地址：上海松江高科技工业园涞寅路1881号5号楼 新能源汽车专用单芯大电流、高压连接器基础介绍
电动汽车无线充电系统设计
毕业设计任务书题目电动汽车无线充电系统设计 二级学院汽车工程学院 专业新能源汽车应用技术专业 班级 学生姓名 学号 指导教师李兵 年月
设计题目 电动汽车无线充电系统设计 课题简介 随着社会的进步、科技的发展、环境和能源问题的日益突出，发展和普及电动汽车等新能源汽车的呼声日趋高涨，国内外纯电动汽车(EV)和插电式混合动力汽车(PHEV)的量产和销售也已开始。然而当前电动汽车的普及还面临着诸多问题。其中充电技术方面，现在电动汽车的充电方式全部是接触式充电(无论是充电模式还是换电模式) ，非接触式的无线充电技术尚处于起步阶段。然而，从便利性来看，非接触式无线充电技术更适用。由于电动汽车二次电池的能量密度远不及汽油，必须经常进行充电作业，且每次充满电都需要数小时。而利用无线充电技术可以省却繁琐的充电作业，甚至可以在汽车行驶中自动进行充电，实现智能化和人性化，同时解决了接触式充电在安全和维护方面的问题。 课题目标与任务 任务：1、能够满足电动汽车无线充电系统的实际需求。2、设计高效合理的电动汽车无线充电系统，设计的无线充电系统应能够监控电压，电流以及温度等数据。3、设计有效、低成本的电动汽车电源管理系统，该系统应具有相应的故障报警系统，能够准确迅速对故障进行处理或警报等功能。 目标：通过对电动汽车无线充电系统设计，促进学生掌握电动汽车无线充电系统电路设计方法，学会调查研究各项电动汽车无线充电电路的工作原理，完成毕业设计方案撰写，要求学生能够运用在校所学的基本知识、基础理论、技能与方法等，研究和探讨电动汽车无线充电系统电路中的相关问题，对实际电动汽车无线充电系统电路设计工作做出具体计划，并在撰写实践中提高分析和解决实际问题的能力，提升创新意识和专业综合素质，提升语言能力与文字能力。同时，促进学生进一步提高独立思考、自主学习的能力；获取信息的能力，设计电动汽车无线充电系统电路的能力；自我评价、控制等能力。 实施步骤和方法 1.确定选题：收集资料，了解电动汽车无线充电系统需求，进行分析，了解所需知识与元器件使用要点，选定设计题目； 2.现场调查：制作调研表格，现场调查了解项目背景，对项目进行初步分析并收集相关数据和资料 3.统计分析与论证：统计分析项目各项数据，进行数据变量分析，撰写调研报告，提出设计的主要思路。 4.毕业设计方案设计：根据电动汽车无线充电系统的要求，运用所学电子电路知识，设计电动汽车无线充电系统电路。 5.撰写设计文档：按照学校要求与教育厅要求，对策划方案整理成相应格式的文档（包括毕业设计任务书、毕业设计设计方案、毕业设计作品、毕业设计成果报告） 6.设计文档答辩：经过指导后进行修改，并参加答辩。
电动汽车对连接器的要求
电动汽车对连接器的要求 这一增长速度均显示，电动车、家用及公路充电站，以及充电用线缆等相关新产品的生产商，正面临着庞大的市场契机。电动车的发展趋势伴随着汽车燃料的改变，当传统汽车仍然依赖石化燃料时，前卫的电动车将与更具效率的新型电力传输基础设施–智能电网(SmartGrid)连接。在越来越多的电动车及相关设备被相继推出之际，为满足不断提升的市场需要，更多的软硬件及适用的零部件也应运而生，然而相关的产业供应链除了追求更快的研发速度以外，若想要在这一新兴市场站稳脚跟，首要考虑的仍应为消费者对于电动车及其相关应用零部件的安全性是否具有信心。 而电动车的连接器指的是包含了插头及插座的组合，以及连接器及接头的组合，其最主要的功能是将电力从车外的电源传送至车内，而装置上会包含一个做为电力、接地、通讯及导航控制连接的带胶壳接触件。仅管现今SAEJ1772?已被指定为美国的标准装置，但拥有不同结构的其它装置仍可被容许。此外，连接器使用的外壳材料必须为聚合物绝缘材料，且必须具备特定的燃烧等级、电气及耐热特性。为保证驾驶者和维修技工在高压环境下的安全，我们必须考虑电气系统的一系列复杂因素，以确保可靠性和最佳性。连接系统是高压电气连接线的关键部件，特别是高功率线路的连接线设计。从安全方面看，高电压连接系统的设
计中需注意两个方面，即高电压互锁回路（HVIL）和连接器的环境密封（在车辆使用时避免高压端子间短路）。 由于线路未密封可能导致如短路等失效模式，因而高压线路的密封至关重要。如大家所知，水和电是不相容的。使用导线环形密封和连接器外围密封，能让连接器实现真正密封，确保湿气无法进入，不会导致过热或火花出现。相较于传统的12V系统，高电压系统需要更加坚固的密封，因为电压越高，发生跳火的几率便越大。 高电压互锁回路（HVIL）是高功率连接系统的一大特征，它对于避免功率电子设备中使用的连接器带电断开跳火分必要。要确保连接系统在带电时不会断开必须进行特殊考量。在连接器即将断开时，高电压互锁回路会发送信号以便及时切断电源。这一特性在发生事故或维修人员需要断开电源进行车辆维修时分必要，它为保护乘客、维修人员或事故的第一反应者提供了帮助。总之，泰科电子代理河南盛泰科技认为，电动汽车的发展，对连接线生产企业来说是机遇，也是挑战。
电动汽车无线充电系统 快速充电要求
电动汽车无线充电系统快速充电技术规范 1范围 本标准规定了电动汽车无线充电系统的电能传输要求、接口要求、安全要求。 本标准适用于交流输入标称电压最大值为1000 V，直流标称电压最大值为1500 V的静态磁耦合电动汽车无线充电快速充电设备。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 156 标准电压 GB 4208 外壳防护等级(IP代码) GB 4943.1 信息技术设备 安全 第1部分：通用要求 GB/T 7251.7 低压成套开关设备和控制设备 第7部分：特定应用的成套设备--如码头、露营地、市集广场、电动车辆充电站 GB 16895.3 建筑物电气装置 第5-54部分:电气设备的选择和安装 接地配置、保护导体和保护联结导体 GB 16895.21 低压电气装置 第4-41部分: 安全防护 电击防护 GB-T 27930电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议 ICNIRP 2010 限制时变电场和磁场曝露的导则（1Hz—100kHz）（For limiting exposure to time-varying electric and magnetic fields（1Hz—100kHz）） T/CSAE XXXX-XXXX 电动汽车无线充电系统慢速充电技术规范 3术语、定义 3.1术语和定义 3.1.1 原边设备 primary device 能量的发射端，产生交变磁场与副边设备耦合的设备，包括封装和保护材料。 3.1.2 副边设备 secondary device 能量的接收端，安装在电动汽车上与原边设备发生耦合的设备，包括封装和保护材料。 3.1.3 无线电能传输 Wireless Power Transfer (WPT) 调整具有标准电压和频率的交流电源的电流，将电能以交变磁场的方式从原边设备传输至副边设备。 3.1.4 电动汽车无线充电 Electric Vehicle Wireless Power Transfer (WPT)
电动汽车电池管理及无线充电技术课程报告
2017 年春季学期研究生课程考核 （阅读报告、研究报告） 考核科目:电动汽车电池管理及无线充电技术 学生所在院电气工程及自动化学院 ）:（系程表工仪学生所在学科:器仪生姓赵航宇学:名70109S学 161号:应学生类别:用型阅卷果人结考核
电动汽车的无线充电技术调研学习报告 赵航宇 院（系）：电气工程及自动化学院专业：仪器仪表工程 学号：16S101097 指导教师：朱春波魏国 2017年3月 概述第一章 电能是我们日常生活中不可或缺的能源之一，我们日常生活中具有电池的装置有很多，手机、pad等电子设备快速发展，这些都是需要时常充电的设备，无线充电技术对电池设备的方便使用有着重要的作用，当前无线充电技术的发展中，机遇与挑战并存，把握相关关键技术，促进无线电技术的发展，为人类社会做贡献是当前相关研究人员的重要任务。 无线充电技术指的是，电池设备在充电过程中不借助电能传送导线，利用电磁波感应原理或者其他相关的交流感应技术，在电能的发送和接收处安装相应的设备，通过设备发送和接收产生的交流信号给设备进行充电的一种新型充电技术，无线充电技术实现了不用电源线给设备进行充电，极大地增加了充电的便利性，当前无线充电技术的应用还不够广泛，在其发展的过程中有机遇也有挑战，我们应当积极了解无线电技术的发展和相关关键技术。 1831年，迈克尔法拉第发现了电磁感应现象，通过实验研究发现，电磁通量的 变化会产生感应电动势，从而产生一定的感应电流，电磁感应现象的发现对无线充电技术的产生有着重要的指导作用。 19世纪90年代，尼古拉特斯拉提出了无线电力传输的构想，这也是人类第一次
的无线电力传输思想，所以人们称之为无线电能传输之父。特斯拉在构想中将地球作为内导体，外导体是地球外的地球电离层，在内导体和外导体之间建立低频共振的径向电磁波振荡模式，从而实现表面电磁波传输能量。特斯拉的大胆构想虽然因为财力等各种原因没有实现，但其无线电力传输的思想对之后无线传输技术的发展有着重要的启蒙作用。 进入21世纪以来，便携类电子产品逐渐深入到人们的日常生活中，无线充电技术随着电子产品的广泛应用得到了快速发展，各种无线充电产品的出现满足了人们日常设备的充电需要，例如各研究机构和公司研发的无线充电手机、便携式电脑等。无线充电相关关键技术也取得了长足的进步。 无线充电技术解决电动汽车发展难题第二章 受动力电池容量的限制，目前 EV 的续驶里程较短,电池充电站的建设成为制约EV 应用和发展的最大瓶颈。为此，各国均大力进行充电站建设来推动EV的应用，如美国计划建设800万个充电站；日本计划于 2012在东京建成1 000个充电站。无线充电技术将是未来电动车充电的主要方式。当前电动汽车主要的充电方式有3种，分别是普通充电的充电桩快速充电的充电站以及可更换电池的换电站。但是这 3 种方式都有一定的弊端。普通方式充电多为交流充电，电压 220 V 或380 V，一次需要 8～10 h才能充满，一个有 10个位置的电站一天充 30 辆汽车，10 万辆汽车需要大量充电站，将占用大量用地。快速充电方式多为直流充电，一次充电需要 10～20 min。数据显示，把 35 kWh的电池充电完毕大约需要 250 k W 的充电功率，一次快速充电消耗的电能是一栋办公大楼用电负荷的 5倍。一个充电站开 4个充电机，功率就达到“兆瓦”级，快速充电对城市电网的冲击非常大。 动力电池的电气充电方法包括接触式充电和无线充电。接触式充电采用插头与插座的金属接触来导电；无线充电或称无线供电（WPT）是以耦合的电磁场为媒介实现电能传递。对于 EV 用WPT，即将变压器原、副边绕组分置于车外和车内通过高频磁场的耦合传输电能。与接触式充电相比，WPT 使用方便、安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题，可适应多种恶劣环境和天气。由于动力电池组输出电压较高，带来的安全隐患较多，高安全性、方便性是人们早期关注汽车 WPT 的主要原因。随着研发的深入, 人们认识到WPT 便于实现无人自动充电和移动式充电，在保证所需行驶里程的前提下，可通过频繁充电来大幅减少 EV 配备的动力电池容量，减轻车体质量，提高能量的有效利用率；并有助于降低 EV 初始购置成本，解决其受制于大容量电池的高成本问题，推进EV 的市场化。 一般来说，实现无线充电主要通过 3 种方式，即电磁感应、电磁共振和无线电波。 电磁感应原理的应用受制于过短的供电端和受电端距离,而另外 2 种方式则可能突破这一制约。国外对 EV 用 WPT 技术的研究已经取得了较好的成果。相比于接触式充电器，两者的 PFC（功率因数校正）技术、动力电池充电控制及单体电池电压均衡技术基本相同；不同点在于非接触变压器的设计、变换器拓扑
电动汽车充电桩特点、组成及技术指标
电动汽车充电桩特点、组成及技术指标 一、交流充电桩 1、主要技术参数 32 A(7KW)/63A(14KW)/100A(40KW) C, 5% ~ 95%无凝露 C, 5% ~ 95%无凝露 2、交流充电桩的控制构成 交将1充智能紀帯动值携 性龍优毋智臧始玄全可31 .召it鱼卡开唇 55人电，玉好鞍且三戌制阳户軸IP辂 盒电日碎削主6B.匚ombol. CnmboZ, CHAdtMO 22aV±2CW ?丸雄SEW& 嘗出电宦豳220帖左2 临 工岸爭:a逞蜃我忙-背弋 啟丸首出功車1$KW/7KW/WKW 交 流 充 电 粧 输入交流电压：220 V士 10% 输出交流电压：220 V士 10% 输出最大电流： 16 A( 3. 5KW / 额定交流频率：50 Hz 工作环境：-20°C?+ 50 储存环境：-25°C?+ 70 立式简易交流充电桩(WMJ22016 ) 崖 中式充电站交遍充电桩首选
3、交流充电桩的功能 3.1 充电桩人机界面 3.2 充电桩状态指示 故障指示灯：设置1 个红灯，是故障信号总的指示灯，指示的故障包括联锁失败、过流、过压、欠压、失电、断路器跳闸( 短路、漏电)、刷卡机故障；运行状态指示灯：设置1 个绿灯，绿灯闪烁指示在充电状态，绿灯常亮指示充电完成或空闲状态； 3.3 充电桩保护功能具有漏电保护、短路保护、过流、过压、欠压保护等保护功能。除短路和漏电保护外，其它保护功能通过充电控制器控制接触器实现，以实现自恢复；短路和漏电保护选用带漏电保护的微型断路器实现。 3.4 计量计费功能 3.4.1 电度表 3.4.2 刷卡方式(RFID 卡或IC 卡) 3.4.3 充电方式 1) 按电量充电 2) 按时间长短充电 3) 充满为止 4) 按金额充按充电启动方式划分，有以下两种方式 1) 即到即充 2）定时充电
1 《电动汽车无线充电系统 第1部分 通用要求》 编制说明
广东省地方标准 电动汽车无线充电系统第1部分通用 要求 Electric vehicle wireless power transfer system Part1:General requirements （征求意见稿） 编制说明 2015年10月
一、任务来源 本标准由广东省质量技术监督局于2015年7月14日批准立项（粤质监标函〔2015〕402号），立项名称为《电动汽车无线充电系统第1部分：通用要求》，由中兴通讯股份有限公司、深圳市标准技术研究院、深圳奥特迅电力设备股份有限公司、比亚迪汽车工业有限公司、广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院、广州能源检测研究院、深圳市科陆电子科技股份有限公司、深圳市佳华利道新技术开发有限公司、广东省中山市质量技术监督标准与编码所、华南理工大学、普天新能源（北京）联合起草。 本标准由广东省电动汽车标准化技术委员会提出并归口。 二、编制背景、目的和意义 我国处于电动汽车无线充电技术研究、产品开发、应用推广3个方面的国际领先地位，但标准化落后，有必要尽快实现“有标准可依”。我国已经进行电动汽车传导式充电和换电的标准化工作，无线充电作为向电动汽车提供能量的第三种方式，其标准化工作在还没有开展，这与我国的技术和产业领先地位不匹配。 电动汽车无线充电应用具有特殊优势，标准化是其推广发展的前提条件。无线充电系统可用于电动汽车在车库、停车场、充电站等场所的无人值守自动充电，大幅提升土地使用效率，构建电动汽车充电公共服务设施建设和运营的新模式，加速实施我国新能源汽车发展战略。 对于已经投身于汽车无线充电系统开发和应用的车企、设备商、电力企业、运营企业、用户来说，无标准可依的状态阻碍了无线充电技术在电动汽车领域的应用推广。 本标准的编写有助于创新型城市在标准创新层面有所成就。助力相关产业规模化发展、产业集群协同进步，创造更好的经济效益。 本标准规定了电动汽车无线充电系统的总体要求，并规定了标准体系架构。 三、编制思路和原则 （一）编制思路
电动汽车动态无线充电关键技术研究进展 任建云
电动汽车动态无线充电关键技术研究进展任建云 发表时间：2018-04-17T16:56:43.717Z 来源：《电力设备》2017年第32期作者：任建云1 李亚丽2 [导读] 摘要：近年来，人们对汽车的需求不断增加，电动汽车也在不断发展。 （1.国网山西省电力公司山西太原 030001；2.国网山西省信通公司山西太原 030001） 摘要：近年来，人们对汽车的需求不断增加，电动汽车也在不断发展。我国电动汽车充电上主要是接触式充电，同时无线充电技术也在不断发展。现今无线充电技术以静态为主，而其动态的充电方式作为对静态的一种完善及补充符合未来电动汽车对无线充电的要求，并且有利于电动汽车的推广，使其充电更加便捷。我国对于动态无线充电技术相关结构一直在不断地进行研究，但是受多方面因素的影响，此种充电形式在发展中还有许多限制及阻碍，这些瓶颈需要相关人员针对其特点进行解决，从而使动态无线充电技术可以得到良好的发展及高效的应用，进而为电动汽车绿色出行提供发展空间。 关键词：电动汽车；动态无线充电技术；现状；发展 引言 节能减排技术以及新能源技术的应用是当今低碳经济的核心。将电动汽车代替传统汽油机动车，以此使环境污染和能源短缺问题得到有效的解决，同时这也是我国战略性的新兴产业。电动汽车要想被广泛的推广和应用，首先就必须建立相应的充电设施。随着新能源产业的不断发展，特别是电动汽车运用得越来越广泛，对于电动汽车充电方式的多样性和方便性的要求越来越高。无线充电技术是一项新兴技术，现阶段，普遍运用在手机、MP3等小功率设备上，在电动汽车的领域并没用被实际运用，只是一个全新的概念。随着不断完善的无线充电技术，其市场潜力也逐渐凸显了出来。 1电动汽车动态无线充电技术的特点及种类 1.1无线充电技术在电动汽车充电中应用的特点 无线充电技术主要是利用无线电能传输技术来进行无接触式充电，并且此种技术在应用中可以突破接触式充电中需要面对的接口限制，并解决传统充电模式中存在的安全问题，在应用中较传统的充电方式更加成熟，这种非接触的电能传递方式可以提高充电效率并简化充电流程。 1.2无线充电技术的分类 1.2.1电磁感应式无线充电技术 其利用松耦合变压器原理，发送端和接收端各有一个线圈，初级线圈上通一定频率的交流电，次级线圈中产生一定电流，将能量从传输端转移到接收端。由于无磁芯，耦合系数一般低于0．5，空气磁阻远大于磁芯，很大一部分磁动势将分布在空气磁路上，故效率低。工作原理：发射端从电网获取工频交流电经过整流和逆变被转化成高频交流电，通过补偿电路到发射线圈，并产生高频交变磁场，二次绕组感应空气气隙内的交变磁通产生感应电动势，同时经过整流滤波以及功率调节，实现电池充电。反馈电路对输出量采样，把采样信号反馈给控制单元，去控制频率或驱动信号等。这种充电方式工作频率相对较低，可实现千瓦级功率传输，近距离传输效率在90％以上，所以应用前景广泛。 1.2.2磁共振充电技术 在应用磁共振上需要具有以下几个部分，电源、输出、接收及整流器等，根据其技术特点可以得知此种技术在实际应用中与电磁感应基本相同，也是在充电过程中将电源电流转换为交变磁束进行传输接收，而与电磁感应式充电不同的是其在实际中为了达到共振频率的可控性会采用可控电路及高频驱动电源对其进行调整，同时采用兼备线圈及电容器来提高电力传输及接收的单元性能。 1.2.3微波充电 这种充电方式主要是应用电波发生装置进行电力的输送，此装置的频率为2.45GHz的微波频率，与磁控管的原理大致相同，在微波传送中，其应用的主要为交流电源，但是可以在传输的过程中应用整流电路来对电流进行转换，使其转换为直流电来进行充电，但是在此种无线充电技术的应用中需要注意屏蔽装置的设置，以免在充电的过程中出现微波泄露的情况，可利用金属屏蔽装置来改善这一问题。 2动态无线充电技术在发展中遇到的问题 2.1高性能耦合机构设计问题 与单极性长线圈型导轨相比，双极供电导轨具有功率密度高、尺寸紧凑、侧移适应性强、对轨道两侧磁场暴露水平低等特点，且地面施工难度小、磁极磁芯用量少、施工成本低，适合大规模工程应用，但是双极性导轨磁场分布不均匀，存在耦合零点问题，造成能量传输不连续，不仅影响系统稳定性，还会降低能量传输功率与效率，还需要对其结构进行进一步优化设计，提升动态无线供电平均传输效率与平均传输功率。 2.2动态无线充电技术电磁兼容效果不佳 电磁兼容作为动态无线充电技术中重要的环节，关系着无线充电系统在实际应用中的效率，电磁兼容问题影响着电能传输，并且在实际中其兼容效果不佳可能会造成电能系统整体受到干扰，出现电能传输不稳定的情况，同时电磁兼容问题也与人们的身体健康有着一定的关系。为此，在实际中必须要解决其存有的兼容问题才能使动态无线充电系统装置高效、稳定地运行，保证在动态无线充电过程中具有较高的可靠性。目前对于其电磁兼容效果不佳的问题主要研究方向为如何通过有效的技术手段来使电磁兼容所产生的影响在最小的范围内，进而保证系统整体的安全性及可靠性。 2.3能量传输鲁棒控制问题 双极型供电导轨动态无线供电系统中，由于耦合机构相对位置变化、分段导轨间磁场的不均匀分布、路基介质不同等多参数扰动的影响，能量传输处于快速非线性变化过程，如何提高系统稳定性，提升系统响应速度成为动态无线能量传输系统控制策略的研究目标。 3电动汽车动态无线充电技术 3.1磁耦合机构设计与优化 现有的动态无线供电导轨大致分为以下几类：分立形式的连续单线圈结构、矩形长线圈型与双磁极型。双磁极型供电导轨将磁通路径从以往与车辆行进方向垂直改变为沿车辆行进方向，以其功率密度高、尺寸紧凑、施工难度小、对轨道两侧磁场暴露水平低、侧移适应性
无线充电技术简介
无线充电技术 无线充电技术（Wireless charging technology；Wireless charge technology ）。无线充电技术，源于无线电力输送技术。无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合，由供电设备（充电器）将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以电感耦合传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。[1] 概述 麻省理工学院的研究团队在2007年6月7日美国《科学》杂志的网站上发表了他们的研究成果。研究小组把共振运用到电磁波的传输上而成功“抓住”了电磁波。他们利用铜制线圈作为电磁共振器，一团线圈附在传送电力方，另一团在接受电力方。当传送方送出某特定频率的电磁波后，经过电磁场扩散到接受方，电力就实现了无线传导。这项被他们称为“无线电力”的技术经过多次试验，已经能成功为一个两米外的60瓦灯泡供电。这项技术的最远输电距离还只能达到2.7米，
但研究者相信，电源已经可以在这范围内为电池充电。而且只需要安装一个电源，就可以为整个屋里的电器供电。 共振原理 麻省理工学院的科研组不是第一个提出无线能量转换的组织。科学家早在19世纪就发现了电磁转换现象，从理论上说，电力可转化为通过无形的介质传播的电磁波，实现电力的无线输送。但是电磁波向四面八方辐射，能量大量散失，因此“无线输电”的研究始终进展不大，19世纪的物理学家和工程师尼古拉·特斯拉进行了远程无线能量转换系统实验，但是当他的财力用尽后，这项最有野心的尝试(29米高的瓦登克莱弗塔)宣告失败。其他尝试包括激光等定向能量转换机制。然而，它们与麻省理工学院的工作不同，这些都需要连续的可视线路，这对住宅周围的电力设施不好。 无线充电技术给两个手机无线充电[2] 研究组成员，助理教授马林·索亚克教授和他的科研组正在改进这个设备。“这是一项还未得到发展的系统，它证明能量转换行得通。但
电动汽车无线充电方案
电动汽车无线充电技术 方案 北京中诺电力工程有限公司 年月日
目录 一、背景概述 (3) 1、研发背景 (3) 2、产品定位 (3) 二、产品方案功能介绍 (3) 1、设计理念 (3) 2、系统拓扑图 (4) 3、系统构架描述 (4) 4、系统功能介绍 (4) 5、产品方案规格 (5) 三、产品方案应用介绍 (5) 1、应用模式 (5) 2、应用流程 (5) 3、应用环境 (6) 四、产品方案特性介绍 (6) 1、技术特性 (6) 2、应用特性 (6) 3、系统特性 (6) 五、产品方案技术介绍 (7) 1、相关技术 (7) 2、技术指标 (7) 六、实施运维方式说明 (7)
一、背景概述 1、研发背景 随着地球环境越来越恶劣，资源越来越匮乏，世界各国都在不断地为日益严重的环境问题大规模投资着，节能环保问题就这样被世界所提倡，使用清洁再生能源和环保材料是节能环保主题下的主要方式，针对目前汽车尾气造成的大气污染，资源短缺问题，各大汽车公司厂商都在积极推动新的技术变革，电动汽车就应运而生了。再给人民提供生活出行方便的同时，倡导低碳环保，节能减排，可持续性发展的道路。那么給电动汽车的供电产品就必不可少，大力发展汽车充电桩普及充电桩网络和新技术的运用就成为发展和推广电动汽车非常重要的环节。 2、产品定位 产品的主要供电方式为太阳能及并网市电，通过无线发射线圈給电动汽车供电，能够快速的给电动汽车充电，首次采用低压高功率动态充电技术，在提高电压快速充电安全上提供了绝对的安全保障，同时汽车的磁感应接收端植入了一颗通信芯片，利用手机接收信号app 可以连接汽车，以此来追踪汽车的安全和防盗 二、产品方案功能介绍 1、设计理念 针对国内已有的电动汽车充电桩的不足和安全考虑，还有节能环保问题，综合来看：目前电动汽车迫切需要一个高效安全节能又环保使用更方便的充电桩，无线充电正好具备以上多个功能要求，在多个技术问题解决后，整体工程在能效上将达到预期效果。
电动汽车动态无线充电技术研究
电动汽车动态无线充电技术研究 发表时间：2017-08-17T16:51:54.157Z 来源：《电力设备管理》2017年第8期作者：刘幸幸谭凤[导读] 传统的电动汽车无线充电技术存在续航里程较短的问题。 中国石油大庆油田有限责任公司第八采油厂电力维修大队技术队黑龙江大庆 163300）摘要：传统的电动汽车无线充电技术存在续航里程较短的问题。为避免上述问题，提出了一种电动汽车动态无线充电技术。首先，通过对比分析，得到较适用于电动汽车动态无线充电的无线传输方式。其次，通过仿真分析获取系统互感与轴偏移距离的关系以及不同结构松耦合变压器的磁屏蔽效果。结果表明发射端摆放条形磁芯且接收端摆放圆盘型磁芯的ICPT系统能够满足电动汽车动态无线充电的电源需求和电磁屏蔽要求。 关键词：无线电能传输；无线充电；电动汽车；动态供电 1引言 由于节约能源，减少环境污染，电动汽车受到世界各国的大力推广。但是，充电却成为阻碍电动汽车发展的最大问题。传统的插拔充电方式由于受到接口的限制只能同一时间为一台电动车充电且存在安全问题。采用无线充电技术为电动汽车充电，用户只需将车开到指定充电区域，便可自动进行充电。然而，传统无线充电还存在充电频繁、续航里程短、电池组笨重且成本高昂等问题。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车实时地提供能量供给。电动车续航里程得到延长，同时电能补给更加安全、便捷。 2无线充电技术理论分析 无线电能传输区别于传统的有线传输，通过磁场为负载供电。目前，无线电能传输的主要方式有微波式、耦合式和谐振式。微波式无线电能传输技术传输距离能达到千米级且可实现准确定向，但受传输介质影响，很难穿透障碍物，一般适合在真空或空旷地方进行。耦合式无线电能传输技术是最为成熟的无线电能传输技术，基于安培环路定理和法拉第电磁感应定律，短距离内可实现kW级的传输功率。谐振式无线电能传输技术基于感应耦合原理，传输效率高，但工作频率要求达到MHz级别，且目前传输功率较低。 综上所述，电动汽车动态无线充电系统要求传输功率较高，且发射侧和接收侧传输距离在15cm-25cm之间属近场传输，因此采用耦合式无线电能传输技术较为适合。 3不同结构的松耦合变压器实用性研究 电动汽车动态无线充电系统须具备效率高、侧移性能好、磁屏蔽能力强的特点。松耦合变压器占系统80%的重量和空间，通过磁场将能量从发射端传输到接收端。由于松耦合变压器工作气隙较大使得系统漏感较大，磁化通量较少，并且发射端与接收端发生轴偏移也将导致系统传输效率降低。当松耦合变压器传输能量时，发散式磁场对车体四周进行电磁辐射，将对汽车控制系统将产生影响。在耦合距离一定的情况下，参数不同的松耦合变压器传输效率、侧移性能、磁屏蔽效果也将不同。所以，对比分析不同结构松耦合变压器的传输效率、侧移性能、磁屏蔽效果是电动汽车动态无线充电系统设计工作的重要内容。 根据电动汽车动态无线充电的实际情况，设定结构1中松耦合变压器仅由线圈构成。结构2中发射端摆放条形磁芯，接收端摆放圆盘形磁芯。结构3中接收端摆放条形磁芯，发射端摆放条形磁芯。结构模型如图1所示： （1）结构1 （2）结构2 （3）结构3 图1 三种松耦合变压器结构模型 3.1轴偏移距离对互感的影响 对电动汽车进行无线充电时，因驾驶员对电动汽车的人为手动操纵将导致松耦合变压器的接收端与发射端发生轴偏移，进而影响系统互感。不对称现象的出现是不可能完全消除的，因此研究轴偏移距离对互感的影响程度及趋势具有实际意义。设定发射端与接收端轴偏移距离变化范围为(0-200)mm。磁芯结构、轴偏移距离k与互感Mij的关系如图2所示。 由图2可以看出：当结构1中发射端与接收端轴偏移距离超过100mm时，互感接近于0mH。结构2中互感变化趋势与结构1中互感变化趋势类似，但大小是结构1中的3倍。结构3中互感为结构1中互感的两倍，相比于结构2，互感下降35%。当轴偏移距离在0mm至100mm之间，随着侧移量的增大，三种耦合结构中互感下降明显，这是由于耦合能力的下降，导致系统线圈内阻损耗增加所致。当轴偏移距离大于100mm时，三种耦合结构中互感都接近于0mH。通过对比可知，当轴偏移距离在0mm至100mm之间时，在发射端摆放条形磁芯，接收端摆放圆盘形磁芯的松耦合变压器中，轴偏移距离对互感的影响最小。
电动汽车对连接器的要求
电动汽车对连接器的要求 随着特斯拉的上市，电动汽车作为新能源汽车，在全世界引起了一股研发风暴。中国的新能源汽车扶持计划，让电动汽车成为了众多高新技术企业首当其冲的业务。低碳经济时代，电动汽车已不可避免经成为这场盛宴中的耀眼大餐，各相关生产商要想在这次盛宴中分“一杯羹”，就得在电池、电机、电控等关键技术取得突破的同时，在连接器、功率器件、传感器等核心元器件领域也要有所作为。据专家估计，未来每辆汽车将使用到600-1,000个电子连接器，远远大于现今所使用的数量。而另一方面，在电动汽车时代，使用大容量锂电池是电动汽车和混合动力汽车设计多样化选择的一个共同点，因而需要汽车电子电气架构的全面改进，连接器首当其冲。 这一增长速度均显示，电动车、家用及公路充电站，以及充电用线缆等相关新产品的生产商，正面临着庞大的市场契机。电动车的发展趋势伴随着汽车燃料的改变，当传统汽车仍然依赖石化燃料时，前卫的电动车将与更具效率的新型电力传输基础设施–智能电网 (Smart Grid) 连接。在越来越多的电动车及相关设备被相继推出之际，为满足不断提升的市场需要，更多的软硬件及适用的零部件也应运而生，然而相关的产业供应链除了追求更快的研发速度以外，若想要在这一新兴市场站稳脚跟，首要考虑的仍应为消费者对于电动车及其相关应用零部件的安全性是否具有信心。 而电动车的连接器指的是包含了插头及插座的组合，以及连接器及接头的组合，其最主要的功能是将电力从车外的电源传送至车内，而装置上会包含一个做为电力、接地、通讯及导航控制连接的带胶壳接触件。仅管现今 SAE J1772?已被指定为美国的标准装置，但拥有不同结构的其它装置仍可被容许。此外，连接器使用的外壳材料必须为聚合物绝缘材料，且必须具备特定的燃烧等级、电气及耐热特性。 为保证驾驶者和维修技工在高压环境下的安全，我们必须考虑电气系统的一系列复杂因素，以确保可靠性和最佳性。连接系统是高压电气连接线的关键部件，特别是高功率线路的连接线设计。从安全方面看，高电压连接系统的设计中需注意两个方面，即高电压互锁回路（HVIL）和连接器的环境密封（在车辆使用时避免高压端子间短路）。 由于线路未密封可能导致如短路等失效模式，因而高压线路的密封至关重要。如大家所知，水和电是不相容的。使用导线环形密封和连接器外围密封，能让连接器实现真正密封，确保湿气无法进入，不会导致过热或火花出现。相较于传统的12V系统，高电压系统需要更加坚固的密封，因为电压越高，发生跳火的几率便越大。 高电压互锁回路（HVIL）是高功率连接系统的一大特征，它对于避免功率电子设备中使用的连接器带电断开跳火十分必要。要确保连接系统在带电时不会断开必须进行特殊考量。在连接器即将断开时，高电压互锁回路会发送信号以便及时切断电源。这一特性在发生事故或维修人员需要断开电源进行车辆维修时十分必要，它为保护乘客、维修人员或事故的第一反应者提供了帮助。 总之，泰科电子代理河南盛泰科技认为，电动汽车的发展，对连接线生产企业来说是机遇，也是挑战。
GBTXXXX电动汽车无线充电系统通用要求编制说明
GB/T XXXX《电动汽车无线充电系统通用要求》编制说明 一、工作简况，包括任务来源、主要工作过程、主要参加单位和 工作组成员及其所做的工作等 1任务来源 根据国务院办公厅《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，充电基础设施是指为电动汽车提供电能补给的各类充换电设施，是新型的城市基础设施，大力推进充电基础设施建设，有利于解决电动汽车充电难题，是发展新能源汽车产业的重要保障。我国处于电动汽车无线充电技术研究、产品开发、应用推广3个方面的国际领先地位，但标准化落后，有必要尽快实现“有标准可依”。我国已经进行电动汽车传导式充电和换电的标准化工作，无线充电作为向电动汽车提供能量的第三种方式，其标准化工作在我国还没有开展，这与我国的技术和产业领先地位不匹配。 2015年7月国家标准委下达“《电动汽车无线充电系统通用要求》等14项国家标准制修订计划”，《电动汽车无线充电系统通用要求》正式立项，计划编号20150675-T-339，本标准主管部门为工业和信息化部，归口单位为全国汽车标准化技术委员会。 2工作过程 （1）标准启动会 2015年12月16日，电动汽车无线充电标准化联合工作组第一次工作会议暨项目组启动会在成都新华国际酒店举行，来自中汽研、中电联、中兴通讯、中兴新能源、比亚迪、北汽、上汽、国家电网、许继集团、戴姆勒奔驰、宝马中国、东南大学等约50余家单位的专家参加了本次会议，会上中汽研与中电联介绍了联合工作组成立情况和电动汽车无线充电技术及应用情况，以及当前国际电动汽车无线充电标准化IEC、SAE、ISO进展情况。与会专家对《GBT XXXX 电动汽车无线充电系统通用要求（草案）》进行了研讨。从标准范围、规范性引用文件、术语定义、互操作性、系统总体要求、通讯、电击防护、无线充电系统特定要求、电力电缆组件要求、结构要求、材料和部件强度、服务和测试条件、电磁兼容性、标记和说明等层面对标准架构进行了分析讨论，基本肯定了标准结构，同时对标准草案中的技术内容进行了初步审查，提出了不同类型的意见60余条。
2019年全国大学生电子设计竞赛赛题A题_电动小车动态无线充电系统
参赛注意事项 （1）8月7日8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。 （2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。 （3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。 （4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。 （5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。 （6）8月10日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。 电动小车动态无线充电系统（A题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一个无线充电电动小车及无线充电系统，电动小车可采用成品车改制，全车重量不小于250 g，外形尺寸不大于30cm×26cm，圆形无线充电装置发射线圈外径不大于20cm。无线充电装置的接收线圈安装在小车底盘上，仅采用超级电容（法拉电容）作为小车储能、充电元件。如图1所示，在平板上布置直径为70cm的黑色圆形行驶引导线（线宽≤2cm），均匀分布在圆形引导线上的A、B、C、D点（直径为4cm的黑色圆点）上分别安装无线充电装置的发射线 圈。无线充电系统由1台5V的直流稳压电源供电，输出电流不大于1A。 图1 电动小车行驶区域示意图
二、要求 1. 基本要求 （1）小车能通过声或光显示是否处在充电状态。 （2）小车放置在A点，接通电源充电，60秒时断开电源，小车检测到发射线圈停止工作自行起动，沿引导线行驶至B点并自动停车。 （3）小车放置在A点，接通电源充电，60秒时断开电源，小车检测到发射线圈停止工作自行起动，沿引导线行驶直至停车（行驶期间，4个发射线 圈均不工作），测量小车行驶距离L1，L1越大越好。 2. 发挥部分 （1）小车放置在A点，接通电源充电并开始计时；60秒时，小车自行起动（小车超过60秒起动按超时时间扣分），沿引导线单向不停顿行驶直至 停车（沿途由4个发射线圈轮流动态充电）；180秒时，如小车仍在行驶， 则断开电源，直至停车。测量小车行驶距离L2，计算L=L2-L1，L越大越 好。 （2）在发挥部分（1）测试中，测量直流稳压电源在小车开始充电到停驶时间段内输出的电能W，计算K= L2/W，K越大越好。 （3）其他。 三、说明 （1）本题所有控制器必须使用TI公司处理器。 （2）小车行驶区域可采用表面平整的三夹板等自行搭建，4 个发射线圈可放置在板背面，发射线圈的圆心应分别与A、B、C、D圆点的圆心同心。 （3）作品采用的处理器、小车全车重量、外形尺寸、发射线圈最大外形尺寸及安装位置不满足题目要求的作品不予测试。 （4）每次测试前，要求对小车的储能元件进行完全放电，从而确保测试时小车无预先额外储能。 （5）题中距离L的单位为cm，电能W的单位为Wh。 （6）测试小车行驶距离时，统一以与引导线相交的小车最后端为测量点。 （7）基本要求（2）测试中，小车停车后，其投影任一点与B点相交即认为到达B点。 （8）在测试小车行驶距离时，如小车偏离引导线（即小车投影不与引导线相交），则以该驶离点为该行驶距离的结束测试点。