智能无线充电公路控制系统的探究性设计

游文皓　汤超龙

（华南农业大学，广东广州　510642）

智能无线充电公路控制系统的探究性设计

游文皓汤超龙

（华南农业大学，广东广州510642）

目前，全球范围内的电动汽车数量已然显现出了激增的态势。由此带来的汽车充电技术问题也成为了制约电动汽车普及的决定性因素。如何在已有的低压充电、快速充电的基础上发展出更为安全便捷的汽车充电方式，成为电力传输的重要课题。本文通过对国内外无线充电研究的参考借鉴，提出了公路无线充电系统的设计方案，并对其可行性进行了分析。

智能无线充电公路控制系统探究性设计

1　汽车与无线充电

汽车的发展引起了地球资源的过大消耗。清洁能源的利用成为了世界能源发展的重要问题。近年来，我国各部委推行了一系列政策法案支持和鼓励新能源汽车的发展，并取得了一定的成效，然而，汽车充电速度和效率等问题却严重制约着我国电力汽车行业的发展。如果能够将无线充电技术运用到电力机车的充电上来，无疑将解决电动汽车在行驶途中充电速度慢、效率低的难题，这将从根本上加速电动汽车普及。

2　无线充电技术原理

无线充电技术即不需要电缆就能够将电力进行输送的一项技术。无线充电技术根据无线输电在空间不同的传输距离，有三种基本的传输形式：电磁感应短程传输、电磁耦合共振中程传输和微波激光远程传输。其中，电磁耦合共振式传输由于其具有传输距离合适、传输效率较高的特点，在无线电力传输的设计中占主导地位。

3　公路无线充电系统设计

3.1电磁线圈的布置

根据电磁耦合共振电力传输技术的原理，电力传输的装置需要包含两个震荡电路，即两个相同频率的电磁线圈：其中一个是发射装置，与能量源相连，它利用振荡器产生高频振荡电流，将电能转换成磁场；另外一个是接收装置，与电力机车的发动机相连，当该接收装置收到发射装置产生的同频电磁波时，线圈中产生相应的振荡电流，以此完成电能到磁场再到电能的转换。

3.2汽车位置传感

在智能公路中埋设与电动汽车相匹配的无线充电线圈。利用电磁感应式传感技术及单片机技术将行车感应信号感应信号转化为数字信号传至测控主机，使测控主机能够及时准确开启、关闭充电线圈。

3.3测控主机的设计

图1　系统整体示意图

测控系统分为智能公路上的单片机系统（采集终端）和汇总数据进行控制的主机系统（主控终端）。智能公路的状态需要回传回主机，为了追求链路稳定，一般使用线缆进行数据传输。要求主机不仅能与智能公路进行通信，将数据采集回来，同时也应能够发送命令控制智能公路如图1所示。

3.4软件功能设计

主控终端的软件应对多个采集终端的数据进行收集，并能够实时对智能公路现在的状况进行判别和分析，并下传是否进行无线充电的指令。同时，主控终端还应依据传感器的数据给每一辆车计算充电耗电量并储存。采集终端的软件应与主控终端始终保持连接，并能够满足以下几个条件：（1）将收集到的汽车ID号回传主控终端；（2）将传感器的数据回传主控终端；（3）在主控终端发出充电开始的信号时，采集终端应能够启动电磁线圈，对附近的电力机车进行充电；（4）测量该终端用来提供无线充电的电压电流值，回传主控终端。

3.5硬件系统设计

由于电动汽车的特殊使用环境和条件，其无线充电技术有以下特点：发射线圈和接收线圈存在位置偏移；车载装置（接收线圈）必须要小型轻量化；电磁辐射安全问题需要得到得当处理；要对设备进行成本控制。因此，在采用采用共振式作为无线充电方案的基础上，共振式无线充电系统的发射电路还应设计功率放大器和振荡器和源线圈，考虑到高频集肤效应影响，应采用表面光滑且导电性能好的紫铜材质，同时，应采用螺旋状的振荡器并按照同轴放置原则将其组装，以确保传输效率的最大化。

4　可行性分析

美国、日本和中国国内对无线充电的研究已初见成果。其中，重庆大学自动化学院研制出的无线电能传输装置传输效率达70%。无线电力传输是完全有能力实现的，如何提高其传输的效率，使得无线电力传输真正能够实现成本控制下的商业化运用是无线充电技术的关键。在控制系统的设计上，合理借鉴已有的智能电力控制系统及电磁感应等传感模式，针对灵敏度测试、安全测试以及电力分配系统调控等重难点问题对系统进行分区试验和反复调试，从理论上讲，是完全能够实现对控制系统的设计的。重点在于对系统的严密性的把握及操作的简化。

5　结语

智能无线充电公路控制系统的设计研究，将为电动汽车续航问题以及电能如何分配问题的解决提供有益借鉴，推动电动汽车的发展与普及、减轻城市公路系统的污染，达到智能分配电能的效果，推进社会的可持续发展。

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［3］王秉刚.展望电动汽车的无线充电技术［J］.汽车与运动，2014（03）.