新能源汽車的非接觸式遠程無線充電系統

劉瀚杰 劉倩 尚徐碧玥

摘要：非接觸式電源是一種以電非接觸的方式從功率傳送裝置向受電裝置提供電力的供電系統，其中，電力傳輸元件與電力傳送裝置相連，而受電元件則與電力接收器相連。電源傳輸組件具有多個用于傳輸功率的傳送側線圈和用于打開/關閉傳送側線圈的多個傳送側開關。功率接收組件具有用于接收功率的多個接收側線圈、用于打開/關閉接收側線圈的多個接收側開關以及用于執行控制以操作組合中的任何一個輸送側線圈和任何一個接收側線圈以實現最高的功率傳輸效率。

關鍵詞：非接觸供電;功率放大器;送輸功率;電路設計

中圖分類號：U469.7?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）16-0053-01

隨著世界上能源的短缺以及環境污染問題越來越嚴重，人們開始研究新的能源來為自己使用，所以電動汽車作為現代的新能源的汽車已經受到了人們的廣泛關注。但是目前仍然有許多的問題，如電池容量的限制，行駛的路程較短，充電的設施也沒有完善。而如果我們使用傳統的充電方式，則顯得麻煩，所以為了解決這些弊端，新能源汽車的非接觸遠程無線充電系統開始應用于電動汽車上。

目前無線充電技術已經應用于許多技術上面，而無線充電技術給電動汽車充電可以省去許多不必要的麻煩和隱患。也能滿足在各個環境下的充電，成功了彌補了電動汽車行駛路程短的缺點。

1 磁耦合諧振式無線能量傳輸系統

1.1能量傳輸系統的構成。供電端和負荷端構成能量傳輸系統。電源端由繞線和電容并聯組成，電源向線圈提供電能。經過一定距離后，接收端還包括繞線、電容并聯線圈和負載，負載會在一定程度上消耗線圈的電磁能量。

1.2耦合諧振系統。繞線線圈可用作諧振體，由電感和電容組成。在電場和磁場中，諧振體所擁有的能量將以共振頻率在空間中隨機振蕩，產生時變磁場。以線圈為核心，以空氣為傳輸介質，當同一諧振頻率同時產生時，諧振體與諧振體相距一定距離后會產生磁場，可感測的磁場在電場和磁場之間以一種自共振頻率自由振動。同時，兩個諧振器之間的磁場交換將產生，在以線圈為核心，空氣為傳輸介質的周圍產生時變磁場。兩個諧振器所包含的電場能量和磁場能量可以在同一頻率進行能量交換。因此，兩個諧振器共同構成一個耦合諧振系統。

1.3能量傳輸過程及其遵循的準則。通過正弦電流和線圈電感，源線圈將產生一個時變磁場。同時，電容器將被充電。此時，接收線圈將感應磁場并產生電動勢給電容器充電。假設線圈的諧振頻率與正弦電流的諧振頻率相同，則源線圈的電流方向會發生變化，然后交變磁場的方向也會發生變化。線圈將產生電動勢，接收線圈的電容將放電。正弦電流的方向會周期性地改變。當接收線圈的電流被放大后，相應接收線圈的電磁場也可以被放大。假設系統中沒有負載來耗散能量，則接收線圈和源線圈兩端的能量來回交替產生最大值。

2 非接觸供電系統

2.1高頻振蕩電路設計方案。振蕩電路作為交變電路的一種交變電流，其顯著特點就是頻率極其高，不能利用線圈在磁場中產生電流，僅僅只能通過振蕩電路產生電流。

振蕩電路有以下兩個過程：

充電過程：隨著電磁能的不斷增加，磁場能的不斷減少，系統回路中電流不斷在減小，電容器中的電量就在不斷增加，站在能量的角度看，磁場能不斷向電場能變換。

放電過程：隨著電場能不斷減少，磁場能的不斷增加，系統回路中的電流也在不斷增加，電容器中的電量就在不斷的減少，站在能量的角度看：電場能不斷向磁場變換。

其中，正弦波振蕩器由LC振蕩電路、石英晶體振蕩電路、以及RC振蕩電路三部分組成。因為RC振蕩電路其工作頻率很低，電路穩定度太低，因此，將其排除。另外的方案：選擇有源的晶振。將有源晶振連接一個電源就會生成穩定載波，頻率規則，起伏小。其優勢就是具有簡單的電路，穩定的頻率;其缺點就是不能滿足任意頻率的載波。

2.2功率放大器設計。利用三極管的電流控制功能或場效應晶體管的電壓控制功能，將電源的功率轉換為隨輸入信號變化的電流。由于聲音屬于不同振幅和頻率的波，所以它就是交流信號電流。三極管的集電極電流為基極電流的β倍，三極管的交流放大系數用β表示?；诖?，如果基極輸入一個小信號，那么集電極電流值的1/β就是基極電流值。然后用直流電容器隔離信號，電流值或電壓值為原值的β倍，這就是三極管放大的原理。通過不斷地放大電流，它的功率就被放大了。

2.3功率放大器原理。使用高頻功率放大器作為發射級的末端，其主要功能是對高頻調制信號的功率進行連續放大，以滿足發射功率的要求，然后通過天線將其輻射到太空中，從而保證接收級在一定區域內接收到滿意的信號電平，并且不會干擾相鄰信道之間的通信。高頻功率放大器是通信系統傳輸設備中的重要器件。高頻功率放大器的指標包括輸出功率、效率、功率、功率增益率、帶寬和信號失真度。上述指標相互矛盾。因此，在放大器設計方面，首先要突出一些指標，其他指標也要包括在內。但是在實際電路中，電路主要矛盾是禁止干擾，也要求高度的諧波抑制性，并且適度的降低諧波帶寬的要求。一個重要的問題就是功率放大器的效率問題，放大器的工作狀態直接影響著效率的高低。將放大器的工作狀態分為三種類型，甲類、乙類、丙類;一般情況下，將放大器的工作狀態調整到乙類和丙類，或者是將晶體管工作延展到非線性區域，以此提高放大器的運作效率。

參考文獻：

[1]溫超. 新能源汽車磁耦合共振式無線充電系統研究[D].

[2]鄒斌. 一種基于ERPT技術采用無線充電的新能源汽車