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浅谈电动汽车无线充电系统及性能要求

导读: 无线充电简单方便,即停即充,不受恶劣气候条件的影响,不用担心人为破坏,大大提高了用户体验,更是自动驾驶汽车不可或缺的功能之一。随着电动汽车大规模普及和无人驾驶技术的高速发展,感觉最近汽车无线充电发展明显加速。

无线充电简单方便,即停即充,不受恶劣气候条件的影响,不用担心人为破坏,大大提高了用户体验,更是自动驾驶汽车不可或缺的功能之一。随着电动汽车大规模普及和无人驾驶技术的高速发展,感觉最近汽车无线充电发展明显加速。

一、系统组成

电动汽车的无线充电系统,基本上由电源盒、地面发射板、车载接收板、车载控制器共4个部分组成。目前的无线充电主要是单向Grid to Vehicle(G2V)供电,以后必然发展为双向供电,即G2V + V2G。为方便起见,本文仍称之为“地面发射板”和“车载接收板”。

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无线充电的系统部件,不同厂商定义了不同的名称,Qualcomm称之为Power Supply Unit(PSU)、Base Pad (BP)、Vehicle Pad (VP)、Vehicle Control Unit (VCU)。Evatran称之为Control Panel, Parking Pad, Vehicle Adapter(包括线圈和控制器)。根据需要,地上部分和车载部分的线圈和控制器既可以做成分体式,也可以做成一体式。当前大部分系统是直流输出到电池,也有少部分是交流输出到OBC。系统框图如下:

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GA–Ground Assembly, 即地面发射板;VA–Vehicle Assemble, 即车载接收板

无线充电属弱耦合系统,耦合系数 k≈0.1-0.4。标称工作频率85kHz,频率范围81.38-90kHz。   

二、线圈结构

在无线充电系统中,常见线圈结构有CR、DD、及多线圈形(比如Bipolar)。CR结构是单一环形结构,可以绕制成圆形、椭圆形、或方形等;DD结构实际上是一条Liz线从一个线圈绕到另一个线圈;而Bipolar是由两个独立线圈部分重叠而成。

相比传统的CR结构而言,DD结构更小、更轻、效率更高、位置敏感度低、互操作性更好。

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如下图,Bipolar可以灵活配置成大CR、小CR或DD形。大家不禁要问,既然Bipolar如此完美,为什么应用不多呢?问题在于,线圈越多控制越复杂,成本及价格也越高,因此在产业化初期不会大规模应用。

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三、电路拓扑

选用什么样的电路的拓扑,与线圈结构、功率等级、隔空间隙等设计需求有关。不同厂家都有自己独特设计,有的涉及专利技术及知识产权。以下是两个典型示例:

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