無(wú)線充電技術(shù)

——冷卻系統(tǒng)新能源汽車技術(shù)——無(wú)線充電技術(shù)3課時(shí)

提出任務(wù)

作為一名汽車專業(yè)的學(xué)生，你知道無(wú)線充電技術(shù)及在新能源汽車上的應(yīng)用嗎？無(wú)線充電技術(shù)無(wú)線充電技術(shù)

無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用本節(jié)重點(diǎn)

（1）知道無(wú)線充電技術(shù)的類型；（2）理解靜止式無(wú)線充電技術(shù)與移動(dòng)式無(wú)線充電技術(shù)。無(wú)線電力傳輸也稱無(wú)線能量傳輸或無(wú)線功率傳輸，主要通過(guò)電磁感應(yīng)、電磁共振、射頻、微波、激光等方式實(shí)現(xiàn)非接觸式的電力傳輸。電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)通過(guò)埋于地面下的供電導(dǎo)軌以高頻交變磁場(chǎng)的形式將電能傳輸給運(yùn)行在地而上一定范圍內(nèi)的車輛接收端電能拾取機(jī)構(gòu)，進(jìn)而給車載儲(chǔ)能設(shè)備供電。無(wú)線充電技術(shù)

目前無(wú)線充電技術(shù)主要有電磁感應(yīng)式（ICPT）、電磁共振式（ERPT）、無(wú)線電波式（MPT）、電場(chǎng)耦合式四種基本方式。這幾種技術(shù)分別適用于近程、中短程與遠(yuǎn)程電力傳送。這幾種無(wú)線充電方式的比較見(jiàn)表4-3-1。表4-3-1無(wú)線充電的類型一、無(wú)線充電技術(shù)目前，電磁感應(yīng)電力傳輸（InductivelyCoupledPowerTransfer，ICPT）、磁諧振電力傳輸（ElectromagneticResonancePowerTransfer，ERPT）、微波電力傳輸三種無(wú)線充電技術(shù)中，因?yàn)镮CPT和ERPT在中等距離的傳輸效率較高，更適合于電動(dòng)汽車充電。1、靜止式無(wú)線充電技術(shù)1）電磁感應(yīng)電力傳輸（ICPT）如圖4-3-1所示，電動(dòng)汽車上的ICPT由電源發(fā)射端、無(wú)接觸變壓器和電動(dòng)汽車接收端組成。電源發(fā)射端和原邊繞組安裝在地面下，副邊繞組和接收端安裝在電動(dòng)汽車上。從電網(wǎng)獲取電能，在信號(hào)控制電路控制下，經(jīng)過(guò)整流濾波、高頻逆變電路、原邊繞組，通過(guò)電磁感應(yīng)將電能感應(yīng)到副邊繞組；電動(dòng)汽車側(cè)在信號(hào)控制電路控制下，經(jīng)整流濾波、功率調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)為車載電池充電。二、無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用圖5-3-1電磁感應(yīng)電力傳輸（ICPT）二、無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用2）磁諧振電力傳輸（ERPT）如圖5-3-2所示，該系統(tǒng)主要由電源側(cè)發(fā)射端、發(fā)射線圈、接收線圈和電動(dòng)汽車側(cè)接收端組成。ERPT是利用線圈及電容組成諧振電路，使發(fā)射端與接收端的諧振回路的固有頻率與電源工作頻率相同，從而引起發(fā)射和接收諧振電路發(fā)生諧振，實(shí)現(xiàn)能量的無(wú)線傳輸。圖5-3-2磁諧振電力傳輸（ERPT）二、無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用2、移動(dòng)式無(wú)線充電技術(shù)電動(dòng)汽車無(wú)線充電技術(shù)通過(guò)埋于地面下的供電導(dǎo)軌以高頻交變磁場(chǎng)的形式將電能傳輸給運(yùn)行在地而上一定范圍內(nèi)的車輛接收端電能拾取機(jī)構(gòu)，進(jìn)而給車載儲(chǔ)能設(shè)備供電，可使電動(dòng)汽車搭載少量電池組，延長(zhǎng)其續(xù)航里程，同時(shí)電能補(bǔ)給變更加安全、便捷，如圖5-3-3所示。圖5-3-3高通公司移動(dòng)式無(wú)線充電實(shí)驗(yàn)二、無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用1）電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)導(dǎo)軌模式類型電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的導(dǎo)軌模式分為單級(jí)導(dǎo)軌模式和多級(jí)導(dǎo)軌模式。（1）單級(jí)導(dǎo)軌充電模式對(duì)于單級(jí)導(dǎo)軌供電模式，系統(tǒng)工作時(shí)在初級(jí)回路中只有一條導(dǎo)軌和一套初級(jí)電能變換裝置在工作，如圖5-3-4所示。

圖5-3-4單級(jí)導(dǎo)軌充電模式二、無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用由圖可以看出單級(jí)導(dǎo)軌供電模式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易控制和維護(hù)。但是由于導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)是單根長(zhǎng)導(dǎo)軌，它也存在以下這些缺點(diǎn)：①當(dāng)導(dǎo)軌上行駛的汽車數(shù)量少時(shí)，系統(tǒng)的傳輸效率將會(huì)非常低；②系統(tǒng)非常不穩(wěn)定，對(duì)參數(shù)的變化敏感，任何微小的參數(shù)變化都可能導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。二、無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用（2）多級(jí)導(dǎo)軌充電模式對(duì)于多級(jí)導(dǎo)軌供電模式，系統(tǒng)工作時(shí)在初級(jí)線圈中有多段導(dǎo)軌和多套電能變換裝置在工作，當(dāng)電動(dòng)汽車行駛到哪一條導(dǎo)軌上時(shí)就由該條導(dǎo)軌給電動(dòng)汽車供電，其余導(dǎo)軌處于待機(jī)狀態(tài)，如圖8-25所示。當(dāng)汽車行駛到下一段導(dǎo)軌時(shí)就關(guān)斷上一段導(dǎo)軌并開(kāi)啟下一段導(dǎo)軌給電動(dòng)汽車供電。圖5-3-5多級(jí)導(dǎo)軌充電模式二、無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用①單層多級(jí)導(dǎo)軌模式在單層多級(jí)導(dǎo)軌模式中，系統(tǒng)供電導(dǎo)軌被切分成N段導(dǎo)軌，每段供電導(dǎo)軌都配備有各自的電能變換裝置、諧振補(bǔ)償裝置和換流開(kāi)關(guān)，如圖5-3-6所示。電能從電網(wǎng)輸出，通過(guò)每段供電導(dǎo)軌各自的電能變換裝置將工頻交流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電，在換流開(kāi)關(guān)的控制下注入到諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中，在每段供電導(dǎo)軌中產(chǎn)生高頻激勵(lì)電流。最后通過(guò)耦合機(jī)構(gòu)將能量輸送到系統(tǒng)次級(jí)回路。

圖5-3-6單層多級(jí)導(dǎo)軌模式二、無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用由圖看出單層多級(jí)導(dǎo)軌模式具有以下優(yōu)點(diǎn)：a.實(shí)現(xiàn)了多級(jí)導(dǎo)軌的分時(shí)供電，提高了系統(tǒng)的傳輸效率；b.某一段導(dǎo)軌出現(xiàn)故障時(shí)，并不影響其他導(dǎo)軌的正常工作；c.降低了系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的敏感性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是，這種導(dǎo)軌模式也存在一些爭(zhēng)論。如果導(dǎo)軌長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的非常短，可以大大減小系統(tǒng)損耗，提高系統(tǒng)傳輸效率。但是由于增加了許多電能變換裝置，也增加了系統(tǒng)控制和維護(hù)的難度，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果導(dǎo)軌長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的較長(zhǎng)，可以大大減少電能變換裝置的數(shù)量，但是電能變換裝置的單機(jī)容量增大，對(duì)電子器件的要求更高。同時(shí)增加了系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的敏感性，也降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖5-2-9充電控制流程二、無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用④雙層多級(jí)導(dǎo)軌模式在單層多級(jí)導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上，將N個(gè)導(dǎo)軌段改為N個(gè)導(dǎo)軌組，在每個(gè)導(dǎo)軌組中只有一套電能變換裝置將工頻交流電轉(zhuǎn)換為高頻交變電后注入到供電導(dǎo)軌中。每個(gè)導(dǎo)軌組又被分為n個(gè)小的導(dǎo)軌段，這n個(gè)小的導(dǎo)軌段都配備有各自的諧振補(bǔ)償裝置和換流開(kāi)關(guān)。它們根據(jù)自身的負(fù)載狀況，自適應(yīng)切換到導(dǎo)軌供電狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙層多級(jí)導(dǎo)軌的分級(jí)控制。雙層多級(jí)導(dǎo)軌示意圖如圖5-3-7所示。圖5-3-7雙層多級(jí)導(dǎo)軌模式二、無(wú)線充電技術(shù)在汽車上的應(yīng)用雙層多級(jí)導(dǎo)軌模式具有以下優(yōu)點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)軌的分時(shí)分段供電，減小系統(tǒng)損耗，提高系統(tǒng)傳輸效率；②電能變換裝置數(shù)量少，易于控制和維護(hù)；③電能變換裝置的功率等級(jí)小，減小了對(duì)電子器件的要求；④降低了系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的敏