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為促進(jìn)節(jié)能減排、減少汽車(chē)尾氣排放、防治大氣污染，電動(dòng)汽車(chē)（Electric Vehicles, EV）成為了世界各國(guó)大力推廣的新型交通工具，但由于電池容量的限制，導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程短，充電問(wèn)題一直是制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的主要瓶頸問(wèn)題之一。

隨著無(wú)線電能傳輸技術(shù)的發(fā)展，基于磁場(chǎng)耦合式電動(dòng)汽車(chē)靜態(tài)無(wú)線充電技術(shù)受到了越來(lái)越多的關(guān)注，相比于傳統(tǒng)的有線充電系統(tǒng)，無(wú)線充電系統(tǒng)沒(méi)有電氣連接，具有操作方便、維護(hù)成本低、防水防塵、可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)充電過(guò)程等優(yōu)點(diǎn)。

典型的電動(dòng)汽車(chē)靜態(tài)無(wú)線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括電力電子變換器、原邊補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射線圈、接收線圈、副邊補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、高頻整流濾波電路和電池負(fù)載等部分。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)對(duì)基于磁場(chǎng)耦合式的電動(dòng)汽車(chē)靜態(tài)無(wú)線充電技術(shù)已開(kāi)展了大量的研究。

然而，隨著研究的深入，仍有許多關(guān)鍵問(wèn)題需要解決，如系統(tǒng)抗偏移能力、對(duì)環(huán)境的敏感度問(wèn)題、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及穩(wěn)定性控制等。目前電動(dòng)汽車(chē)靜態(tài)無(wú)線充電技術(shù)的研究正處在攻堅(jiān)克難的階段，仍需進(jìn)一步完善和應(yīng)用現(xiàn)有理論，乃至原理上的創(chuàng)新與突破。

圖1 典型電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綜合國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)靜態(tài)無(wú)線充電技術(shù)的研究現(xiàn)狀，可以看出，該項(xiàng)技術(shù)在各方面都已經(jīng)得到了較為充分的研究，但仍有不少問(wèn)題尚待解決。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）系統(tǒng)的抗偏移能力

如何提升系統(tǒng)抗偏移能力，一直是電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)的研究熱點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，受用戶停車(chē)位置的影響，系統(tǒng)原、副邊線圈的相對(duì)位置會(huì)在一定范圍內(nèi)變化，造成耦合系數(shù)的變化，這就要求系統(tǒng)必須具備較強(qiáng)的抗偏移能力。

目前主要是通過(guò)磁耦合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)或系統(tǒng)閉環(huán)控制等方式提高系統(tǒng)的抗偏移能力，但這些技術(shù)層面上的方式改善效果有限，因此，有必要從機(jī)理上尋求突破。近年來(lái)提出的基于宇稱-時(shí)間對(duì)稱（Parity-Time Symmetry, PTS）原理的無(wú)線電能傳輸技術(shù)能在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒定的輸出功率和效率，而與耦合系數(shù)無(wú)關(guān)，另外基于分?jǐn)?shù)階電路的無(wú)線電能傳輸技術(shù)也展示了優(yōu)良的特性，將這些新型的無(wú)線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電上，有望進(jìn)一步提升系統(tǒng)的抗偏移能力。

（2）系統(tǒng)的環(huán)境敏感度

電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電應(yīng)用場(chǎng)合較為復(fù)雜，系統(tǒng)線圈內(nèi)阻、諧振頻率等固有參數(shù)容易受到外界環(huán)境的影響而發(fā)生變化，尤其是汽車(chē)金屬機(jī)身等對(duì)于線圈內(nèi)阻、固有頻率的影響較大，而諧振式無(wú)線輸電技術(shù)對(duì)于固有頻率的變化又十分敏感。

目前關(guān)于金屬物對(duì)諧振頻率的影響通常是采用鐵氧體等磁性材料進(jìn)行屏蔽，或是通過(guò)電容矩陣、變頻控制進(jìn)行頻率跟蹤等方式進(jìn)行改善，但這些無(wú)疑增加了系統(tǒng)的體積、質(zhì)量與成本，如何提高系統(tǒng)抗諧振頻率等固有參數(shù)變化的能力，降低系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的敏感度，從原理上提出更加先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)有效的方法，仍然是電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電技術(shù)未來(lái)重要的研究方向之一。

（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

傳統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多是基于多級(jí)變換器，如AC-DC-AC變換器等，且通常會(huì)加入DC-DC變換器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功率調(diào)節(jié)等，但這增加了系統(tǒng)的體積與成本，降低了系統(tǒng)的整體效率。優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究高性能的AC-AC等電力電子變換器，減少系統(tǒng)變換器的級(jí)聯(lián)數(shù)，利用控制策略以替代DC-DC變換器對(duì)系統(tǒng)功率等的調(diào)節(jié)，將更有利于系統(tǒng)性能的整體提升。

（4）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的建立與魯棒性控制

在電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，通常需要實(shí)現(xiàn)快速的起、停機(jī)等操作，另外開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通與關(guān)斷、電池等效電阻的變化等也給系統(tǒng)帶來(lái)了復(fù)雜的非線性特性，這些都給系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成了較大的威脅。

但當(dāng)前對(duì)于無(wú)線充電系統(tǒng)特性的分析與控制，大都是基于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型，對(duì)于系統(tǒng)暫態(tài)響應(yīng)、非線性特性的分析還較為缺乏。建立系統(tǒng)精確的動(dòng)態(tài)模型并提出相應(yīng)的控制策略，對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行控制，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是今后的研究方向之一。

本文編自《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，原文標(biāo)題為“電動(dòng)汽車(chē)靜態(tài)無(wú)線充電技術(shù)研究綜述”，作者為吳理豪、張波。