浅析无线充电技术原理及前景分析

石丁 米国挺 王亚亚

摘 要：随着环境问题越来越被重视，传统的交通工具受到越来越大的质疑。低碳环保是经济发展的基本需求。电能是首选能源，与其配套的无线充电技术是研究重点。本文主要介绍了无线充电技术的四种主要技术的原理，优缺点，最后对比了有线充电技术与无线充电技术。

关键词：电动汽车;无线充电;技术原理

人们生活水平的不断提高以及对生活品质的高要求，汽车已经成为人们生活中不可缺少的代步工具，每家基本都有一辆家用汽车，有些家庭还有两辆甚至更多。但传统的汽车都是以是由为核心原料，然而随着汽车数目的不断增加，给环境造成了严重的污染，我国大部分地区雾霾严重，空气质量下降严重。为了解决人民对高品质生活的要求及环境污染之间的矛盾，人们从上世纪就已经开始了对新能源汽车的研究与探索，在新能源当中，毫无疑问电能是最简单最方便，所以，电动汽车自然而然成为了替代传统能源汽车最为理想的选择。但是，这个替代过程是非常漫长的，包含了很多制约因素，其中最为核心的就是充电技术。多年来，很多的技术工作者将目光与精力都投入其中。

19世纪30年代，被称为电磁之父的“迈克尔·法拉第”发现变化的磁场产生变化的电流，到2007年，美国麻省理工学院的马林·索尔贾希克等人用2 m外的电源，“隔空”点亮了一盏60W的灯泡，至此无线充电技术成为未来的发展方向，谁掌握了先进的充电技术，谁就在国际上掌握了话语权。无线充电技术是最近这些年出现的一个主流技术，未来有着无限的光景。电动牙刷，无线电话等部分家电产品中已经开始使用无线充电技术，现在人们又将此技术的应用扩大到电动汽车和列车领域，新兴的充电方式，必将改变我们的生活方式，给我们的生活提供更多可能性。

1 目前主要有四种无线充电方式

1.1 电磁感应形式

电磁感应式无线充电技术是发展最悠久、最成熟、普及度最高的无线充电技术，它的根本原理是：在发送和接收端各有一个线圈，发射端线圈连接有线电源产生电磁信号，接收端线圈感应发送端电磁信号从此产生电流给用电设备，其工作原理与变压器类似，都是靠电磁感应。它电磁感应式的优点：（1）输出功率较大，可达到几瓦至几百瓦，完全满足小功率用电器的需求;（2）传输距离较短，小于1厘米;（3）制作成本较低，技术较为成熟;（4）环境适应能力强，有一定穿透性。缺点：充电效率较低，难以满足大功率传输需求，传输距离过短。

1.2 磁共振形式

磁共振方式的原理与声音的共振原理相同。相同的音叉，当一个发声，由于振动频率相同其他的音叉也会跟着发声。相同振动频率的线圈，如果排列在磁场当中，当一个供电之后，就会产生磁场，从而实现向另一个线圈的供电。相比电磁感应式，磁共振式利用這一原理可延长传输距离。磁共振式无线充电的充电效率可达到数千瓦，传输距离理论上可达到数米甚至数千米，也可实现一对多充电。但是，磁共振式无线充电转化效率不高，设计难度较高，维护成本高等问题，致使磁共振式无线充电技术应用不够普遍。

1.3 电场耦合式

电场耦合方式的无线供电技术与“电磁感应方式”和“磁共振方式”不同，电场耦合方式利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子有产生的磁感电场来传输电力，具有抗水平错位能力较强的特点。

电场耦合式无线充电技术可实现传输功率 1W-10W 左右的无线充电，由于间隙的存在，能量在极板间的功率损耗较大，因此不能实现大功率电能传输;而传输距离最高能达到数厘米，充电效率最优可达到 70% 到 80%，非常适合短距离充电，发射端和接收端的位置可以不固定，但由于设备体积和充电功率限制，目前市场应用不多。

无线电波式。无线电波式无线充电技术将微波的能量转化为电能，从而实现无线电力传输。其原理与早期的矿石收音机原理相似。主要由微波发射装置和微波接收装置组成，可以将从障碍物反弹回来的无线电波轻松获取，从而实现能量的接收。无线电传输功率比较小，最高100毫瓦，传输距离比较远，最高10米。缺点是转化效率比较低，发射器发送的大量功率以无线电波的形式被浪费掉，从而制约无线电波式无线充电技术发展，目前并未得到广泛地推广。

2 无线充电技术与传统充电技术的对比

传统的充电技术存在四点不足。首先，安全性差，需要专业的技术人员进行操作和日常的维护管理。有线充电站采用集中充电方式，充电地点固定，资源限制严重，充电完成后需要专业人员进行调试，充电设备容易出现破损，锈蚀等问题，降低充电效率及可靠性。其次，传统的充电站建设代价大。修建有限充电站需要在城市的核心地段修建，这些地方人员密集使用率比较高，但地价太高。再次，运营效率低，单次充电时间长。最后，抗干扰性能差，灰尘，湿度等环境都会对有线充电方式产生巨大的影响，甚至可能带来一些安全隐患。

相反，无线充电技术具有不可比拟的优势。第一，安全可靠，对于极端环境的抗干扰性能强，泥沙，湿度等完全不影响充电作业。第二，无线充电可以直接利用停车场或停车区域甚至是停靠站，不需要在核心地段专门建设充电站，解决了代价高的问题。第三，高效节能环保，充电更加便捷。汽车可以在起点或者终点或者中途的停靠站随时进行电量补充，随充随用，不用太长的充电时间。第四，无线充电系统操作简单，减轻工作人员的工作量。

3 结语

通过对有线充电和无线充电的对比，笔者相信，随着人们对便携性、高效率、环境品质的追求，无线充电技术是未来的主要趋势，发展前景巨大，取代无线充电技术是必然趋势。

参考文献：

[1]GB/T 27930—2015，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[S].

[2]GB/T 29772—2013，电动汽车电池更换站通用技术要求[S].

[3]GB/T 19596-2004，电动汽车术语[S].