目前大家應(yīng)該是對(duì)無(wú)線電能傳輸（無(wú)線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵問(wèn)題）比較感興趣的，所以今天好房網(wǎng)小編CC就來(lái)為大家整理了一些關(guān)于無(wú)線電能傳輸（無(wú)線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵問(wèn)題）方面的相關(guān)知識(shí)來(lái)分享給大家，希望大家會(huì)喜歡哦。

無(wú)線電能傳輸（無(wú)線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵問(wèn)題）

自美國(guó)MIT研究團(tuán)隊(duì)于2007年公開(kāi)發(fā)表對(duì)無(wú)線電能傳輸技術(shù)的研究成果以來(lái)，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者從科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)兩方面進(jìn)行了廣泛且深入的研究。伴隨著難點(diǎn)問(wèn)題的突破，無(wú)線輸電作為一種新型電能傳輸方式所輻射的領(lǐng)域不斷增多。

省部共建電工裝備可靠性與智能化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（河北工業(yè)大學(xué)）、天津工業(yè)大學(xué)天津市電工電能新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員薛明、楊慶新、章鵬程、郭建武、李陽(yáng)、張獻(xiàn)，在2021年第8期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，首先對(duì)無(wú)線電能傳輸技術(shù)的分類和組成進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；其次著眼于國(guó)內(nèi)外10余年來(lái)，該技術(shù)在家用電子設(shè)備、智能家居、醫(yī)療器件、工業(yè)機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、水下探測(cè)設(shè)備、交通和航天八大領(lǐng)域的應(yīng)用，重點(diǎn)闡述該技術(shù)的應(yīng)用水平和目前在不同領(lǐng)域中存在的難點(diǎn)問(wèn)題；再次從文獻(xiàn)和專利兩方面對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外該技術(shù)的研究成果；最后總結(jié)了無(wú)線電能傳輸技術(shù)在各領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用中的關(guān)鍵共性問(wèn)題，并分析無(wú)線電能傳輸技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀。

自從人類學(xué)會(huì)用電，便與電密不可分。如今，人們生活中電氣化程度越來(lái)越高，電能的應(yīng)用越來(lái)越多。傳統(tǒng)電能傳輸普遍采用金屬導(dǎo)線和電纜線等傳輸介質(zhì)，其在電力傳輸過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生傳輸損耗、線路老化、尖端放電等問(wèn)題，從而為一些易燃、易爆場(chǎng)景的供電設(shè)計(jì)帶來(lái)困擾。

無(wú)線電能傳輸作為一種新型的電能傳輸方式有效地避免了“不宜、不易”使用導(dǎo)線供電場(chǎng)景中的諸多弊端，提高了供電方法的自由度，拓展了人們對(duì)電能傳輸方法的想象。

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，無(wú)線電能傳輸技術(shù)在家用電子設(shè)備、智能家居、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、水下探測(cè)設(shè)備、交通和航空航天八大領(lǐng)域快速應(yīng)用，并正向更廣泛的領(lǐng)域滲透，部分技術(shù)研究成果已成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化與產(chǎn)業(yè)化。

無(wú)線電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介

無(wú)線電能傳輸技術(shù)（Wireless Power Transfer Technology, WPTT）于19世紀(jì)中后期首次被著名的電氣工程師尼古拉?特斯拉提出，它是一種借助于空間無(wú)形軟介質(zhì)（如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲波等）將電能由電源端傳遞至用電設(shè)備的一種傳輸模式。這種傳輸方式與傳統(tǒng)利用電纜線輸送電能的方式相比更加安全、便捷和可靠，被認(rèn)為是能源傳輸和接入的一種革命性進(jìn)步。

1 無(wú)線電能傳輸技術(shù)分類

隨著無(wú)線電能傳輸技術(shù)理論研究的深入與發(fā)展，科研工作者面向不同的應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)際問(wèn)題，不斷提出與無(wú)線電能傳輸技術(shù)相關(guān)的新名詞和新概念。本文通過(guò)查閱現(xiàn)有文獻(xiàn)資料，將無(wú)線電能傳輸技術(shù)按能量傳輸機(jī)理和能量收發(fā)端耦合空間位置變化兩種方式進(jìn)行分類，圖1為無(wú)線電能傳輸技術(shù)分類框圖。

圖1 無(wú)線電能傳輸技術(shù)分類框圖

2 磁耦合式無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前無(wú)線電能傳輸方式中，理論研究較多且應(yīng)用進(jìn)程較快的主要為磁耦合無(wú)線電能方式。目前已有文獻(xiàn)資料從能量傳輸原理分類的角度對(duì)磁耦合無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，本文從能量收發(fā)端耦合空間相對(duì)位置是否變化的角度進(jìn)行闡述。

01 靜態(tài)無(wú)線充電系統(tǒng)

靜態(tài)無(wú)線充電系統(tǒng)以電磁場(chǎng)為原理，高頻電源、電磁耦合器、能量變換模塊和靜止負(fù)載為電能流通主路，集成檢測(cè)、通信、控制和保護(hù)電路，收發(fā)端依靠高頻電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)為靜止負(fù)載充電。其應(yīng)用主要包括電子設(shè)備、智能家居和醫(yī)療器件等功率需求較小以及電動(dòng)汽車和工業(yè)機(jī)器人等大功率能量傳輸場(chǎng)景。圖2所示為電動(dòng)汽車靜態(tài)無(wú)線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖2 電動(dòng)汽車靜態(tài)無(wú)線充電系統(tǒng)框圖

02 動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)

動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)是以電磁場(chǎng)為原理，高頻電源、電磁耦合器、能量變換模塊和移動(dòng)負(fù)載為電能流通主路，集成檢測(cè)、傳感、通信、控制和保護(hù)電路，收發(fā)端依靠高頻動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)為移動(dòng)負(fù)載實(shí)時(shí)供電。

其與靜態(tài)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)相比，原理采用感應(yīng)耦合與電磁諧振協(xié)同工作方式，最大差異在于電磁耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、補(bǔ)償拓?fù)浜涂刂撇呗苑矫妫⑶覄?dòng)態(tài)供電系統(tǒng)在系統(tǒng)復(fù)雜程度、技術(shù)成熟度以及建造經(jīng)濟(jì)性等方面均需要進(jìn)一步提升。

該系統(tǒng)主要應(yīng)用于高鐵列車、有軌電車和電動(dòng)汽車等場(chǎng)景。如圖3所示為電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。這種供電方式可保證移動(dòng)受電體實(shí)時(shí)獲取電能，有效避免了電池續(xù)航能力弱和充電時(shí)間長(zhǎng)的弊端，同時(shí)也極大地減輕了受電體的質(zhì)量。

圖3 電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電示意圖

03 準(zhǔn)動(dòng)態(tài)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)

準(zhǔn)動(dòng)態(tài)無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)構(gòu)成與靜態(tài)無(wú)線充電系統(tǒng)類似，其技術(shù)成熟度介于靜態(tài)系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)之間，主要應(yīng)用于移動(dòng)受電體（有軌電車或電動(dòng)汽車等）緩慢移動(dòng)或短暫停車（如交通燈路口）時(shí)為車載儲(chǔ)能裝置充電。與傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)線傳輸系統(tǒng)相比，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)控制復(fù)雜性，降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本，并能夠使發(fā)射端和接收端磁場(chǎng)耦合度高，從而實(shí)現(xiàn)能量高效傳輸。

無(wú)線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用水平與重點(diǎn)問(wèn)題

隨著無(wú)線電能傳輸技術(shù)在諸多領(lǐng)域的快速應(yīng)用，本文通過(guò)查閱10余年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究成果，闡述了目前該技術(shù)在家用電子設(shè)備、智能家居、醫(yī)療設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、水下探測(cè)設(shè)備和航空航天八大領(lǐng)域的應(yīng)用水平，并對(duì)各領(lǐng)域中待突破的難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，表1為該技術(shù)在不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ρ确治觥?/p>

表1 本技術(shù)在不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ρ确治?/p>

1 家用電子設(shè)備與智能家居領(lǐng)域

無(wú)線電能傳輸技術(shù)最早應(yīng)用于電動(dòng)牙刷、智能手表、MP3和手機(jī)等電子設(shè)備領(lǐng)域，其充電采用靜態(tài)感應(yīng)式無(wú)線充電方式，由于電子設(shè)備的體積較小，線圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、屏蔽方式和電能變換集成化芯片是主要研究方向。

目前，針對(duì)電子設(shè)備的小功率無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)成熟，充電標(biāo)準(zhǔn)主要采用無(wú)線充電聯(lián)盟（Power Matters Alliance, PMA）標(biāo)準(zhǔn)和Qi標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)線充電產(chǎn)品中電能發(fā)射端與接收端尺寸在2～10cm，傳輸距離一般在mm級(jí)，并且硬件可通過(guò)軟件更新實(shí)現(xiàn)兼容。

可量產(chǎn)的線圈結(jié)構(gòu)包括HQ-S（單線圈）、HQ-D（雙線圈）、HQ-F（四線圈），以及HQ-O（16線圈）等，并且搭載了專用異物檢測(cè)線圈，可檢測(cè)直徑小于15mm的標(biāo)準(zhǔn)異物和任何金屬零件，其中，16線圈支持自由位置、15W快充和多設(shè)備同時(shí)充電。

此外，接收側(cè)采用的無(wú)線充電芯片可兼容多種無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)識(shí)別發(fā)射端充電協(xié)議。2019年，全球航空航天、國(guó)防等行業(yè)先進(jìn)技術(shù)的主要供應(yīng)商Astronics公司，宣布推出一款可用于商務(wù)飛機(jī)為乘客的智能手機(jī)和其他設(shè)備進(jìn)行無(wú)線充電的充電器，這款15W的充電器已被空客、波音公司采用。航空客機(jī)搭載的無(wú)線充電模塊如圖4所示。

圖4 航空客機(jī)搭載的無(wú)線充電模塊

感應(yīng)式無(wú)線充電技術(shù)，適合短距離無(wú)線充電，充電效率可達(dá)95%以上，但在空間自由度上存在劣勢(shì)。磁耦合諧振式充電在水平面積和充電垂直距離方面擁有更高的空間自由度，但是傳輸效率低、成本較高。

在智能家居領(lǐng)域，無(wú)線電能傳輸技術(shù)在產(chǎn)品的智能化中具有重要地位，它改變了傳統(tǒng)上通過(guò)插、拔電線使用電能的方式，改善了空間環(huán)境和用戶體驗(yàn)，其主要采用靜態(tài)感應(yīng)耦合方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。

針對(duì)感應(yīng)式中功率等級(jí)下的具體應(yīng)用場(chǎng)景，科研人員從不同角度進(jìn)行了大量研究工作，在理論上取得了諸多可應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化的成果。

海爾集團(tuán)作為中功率等級(jí)下無(wú)線電能傳輸技術(shù)在智能家居領(lǐng)域成果轉(zhuǎn)化的領(lǐng)先者，近年來(lái)不斷推出了諸多可產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品。例如，2010年的世界首臺(tái)“無(wú)尾”電視、2012年的“無(wú)尾”廚電產(chǎn)品以及2016年推出的可用手機(jī)APP控制無(wú)線充電的衛(wèi)璽無(wú)尾智能馬桶蓋。

無(wú)線電能傳輸在智能家居領(lǐng)域具有巨大的前景，Wireless Power Consortium在2019年3月表明正在編寫其用于廚房電器的新無(wú)線電源標(biāo)準(zhǔn)Ki。此外，科研工作者正在研究采用微波無(wú)線供電方式同時(shí)給家庭中無(wú)線鼠標(biāo)、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、臺(tái)燈和加濕器等電器進(jìn)行無(wú)線供電的技術(shù)。

綜上所述，目前無(wú)線電能傳輸技術(shù)在電子設(shè)備領(lǐng)域主要還是以靜態(tài)感應(yīng)式供電系統(tǒng)為主，并已經(jīng)取得諸多可產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品，部分產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入電子商品市場(chǎng)，但具備高空間自由度的充電升級(jí)產(chǎn)品還需進(jìn)一步研發(fā)。

在智能家居領(lǐng)域亦是由靜態(tài)感應(yīng)式無(wú)線充電系統(tǒng)占據(jù)著主導(dǎo)地位，技術(shù)比較成熟，已經(jīng)具有商業(yè)化的能力，但由于存在家電負(fù)載功率等級(jí)跨度大、拾取端位置與負(fù)載功率需求隨機(jī)性大、效率要求高等問(wèn)題，因而在研究中對(duì)工作頻率、原邊諧振電流及負(fù)載輸出電壓的近似恒定、效率優(yōu)化等方面還需進(jìn)一步優(yōu)化。

2 醫(yī)療電子設(shè)備領(lǐng)域

無(wú)線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用于植入醫(yī)療器械，醫(yī)療傳感器如膠囊內(nèi)鏡等醫(yī)療電子設(shè)備領(lǐng)域，可有效解決患者利用手術(shù)更換電池蓄能的問(wèn)題。

2003年，日本RF公司采用該技術(shù)研制出植入式內(nèi)窺鏡生物遙測(cè)系統(tǒng)，以色列、韓國(guó)以及歐洲隨之相繼推出了相應(yīng)的實(shí)物產(chǎn)品。2005年，日本的Masaya Watada與韓國(guó)的Y. Um提出了對(duì)人工心臟進(jìn)行無(wú)線電能傳輸?shù)脑O(shè)想。

2008年，美國(guó)匹斯堡大學(xué)將無(wú)線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用于體內(nèi)植入器件，并在空氣、人體頭模型及豬活體中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。2013年，香港城市大學(xué)針對(duì)視網(wǎng)膜假體的應(yīng)用中線圈失調(diào)引起的弱磁鏈將嚴(yán)重影響功率效率的問(wèn)題，提出了一種新型的高偏差容差接收機(jī)結(jié)構(gòu)。

2017年，麻省理工學(xué)院科學(xué)家在已研制的采用外部來(lái)源進(jìn)行無(wú)線充電的耳蝸植入物基礎(chǔ)上，提出采用中場(chǎng)耦合的新技術(shù)，與近場(chǎng)耦合相比，工作頻率與耦合效率獲得較大提升，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)成功利用位于豬體外的發(fā)射器將電力傳送到位于豬食道、胃和結(jié)腸內(nèi)的三個(gè)接收器，傳輸?shù)碾娏λ椒謩e為35ìW、123ìW以及173ìW。

此外，馬來(lái)西亞大學(xué)提出了一種用于機(jī)器人膠囊內(nèi)窺鏡的優(yōu)化電感耦合WPT系統(tǒng)。印度浦那NBN Sinhgad提出了一種基于磁諧振耦合的可穿戴起搏器無(wú)線供電系統(tǒng)。清華大學(xué)提出了一種具有自動(dòng)功率調(diào)節(jié)功能的植入式醫(yī)療設(shè)備的無(wú)線功率傳輸系統(tǒng)。

無(wú)線充電技術(shù)在醫(yī)療電子設(shè)備領(lǐng)域研究初期均采用靜態(tài)感應(yīng)耦合方式，要求發(fā)射器和接收器距離較近，適用皮膚下方的植入物充電，而不適用于消化道深處的小型電子產(chǎn)品。

2014年，斯坦福大學(xué)研究院在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上發(fā)表了一種可以為植入人體內(nèi)的醫(yī)療器械進(jìn)行無(wú)線充電的新技術(shù)。該技術(shù)可為僅有米粒大小的醫(yī)療電子設(shè)備進(jìn)行充電，且能夠更“深入”地植入人體內(nèi)，長(zhǎng)久地獲得電能輸送，甚至不需要電池儲(chǔ)能，只需將電源靠近皮膚就能給體內(nèi)的設(shè)備供電，如圖5所示。

圖5 僅有米粒大小的醫(yī)療電子設(shè)備

2018年，Cambridge Consultants公司針對(duì)人體可植入設(shè)備充電提出了MagLense無(wú)線充電系統(tǒng)的概念，該系統(tǒng)具有形狀獨(dú)特的柔性線圈，能夠彎曲變形，適用于人體任意部位的植入設(shè)備。

綜上，目前無(wú)線電能傳輸技術(shù)在醫(yī)療電子設(shè)備領(lǐng)域，皮膚下方的植入物靜態(tài)感應(yīng)方式無(wú)線充電比較成熟，消化道深處電子產(chǎn)品的靜態(tài)諧振方式無(wú)線充電還處在研究初期。該領(lǐng)域的研究難點(diǎn)在于不給生物組織造成損傷的安全功率范圍內(nèi)，接收器尺寸微型化、電路結(jié)構(gòu)集成化、材料生物兼容性等問(wèn)題。

3 交通運(yùn)輸領(lǐng)域

近年來(lái)，以電能為動(dòng)力來(lái)源的交通工具得到快速推廣，無(wú)線電能傳輸技術(shù)作為一種新興的電能傳輸方式，已成為國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)以及各大車企的研究熱點(diǎn)。其原理主要采用感應(yīng)耦合式和磁耦合諧振式，兩種方式可在功率等級(jí)、系統(tǒng)損耗、傳輸距離等方面差異形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

01 電動(dòng)車輛

電動(dòng)車輛應(yīng)用無(wú)線電能傳輸技術(shù)蓄能，在靈活性和安全性等方面優(yōu)勢(shì)明顯，在一定程度上促進(jìn)了電動(dòng)車輛的發(fā)展。目前，對(duì)靜態(tài)無(wú)線充電與動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)，研究人員在理論研究和技術(shù)應(yīng)用等方面取得諸多進(jìn)展，但距離成熟可產(chǎn)業(yè)化推廣的采用無(wú)線蓄能的電動(dòng)車輛依舊面臨巨大挑戰(zhàn)。

1）電磁耦合系統(tǒng)

在靜態(tài)無(wú)線充電和動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)中，電磁耦合系統(tǒng)是決定整體能量傳輸效率的重要部分，它包括補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、耦合線圈和電磁屏蔽三部分。

補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆呻姼泻碗娙菰拇?lián)或并聯(lián)組成，用來(lái)調(diào)節(jié)電磁耦合系統(tǒng)收發(fā)端參數(shù)，使之與線圈電感發(fā)生諧振，從而減低無(wú)功、提高傳輸效率和改變傳輸特性等。

串串、串并、并并和并串是目前已有文獻(xiàn)中研究較多的四種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中，串并/串諧振補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在全負(fù)載范圍內(nèi)具備接收端輸出恒壓特性。一次側(cè)失諧的SS補(bǔ)償拓?fù)?，具有較強(qiáng)的抗偏移能力且不存在輕載安全問(wèn)題。

此外，在基本補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上衍生出一些具有更佳性能的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。LCL諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)可實(shí)現(xiàn)恒流充電模式與恒壓充電模式的自動(dòng)切換，傳輸效率可達(dá)到92%。

在LCL拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，衍生出了LCC拓?fù)?，?jīng)證明，雙邊LCC拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)可解決雙邊LCL拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)傳輸功率偏小和直流磁化等問(wèn)題，并在雙向電動(dòng)汽車無(wú)線充電應(yīng)用中具有較強(qiáng)的適用性。有學(xué)者提出S/CLC補(bǔ)償拓?fù)淇蓪?shí)現(xiàn)恒壓輸出、零輸入相位以及零電壓開(kāi)關(guān)，并且最大輸出功率不受耦合參數(shù)限制。

耦合線圈是實(shí)現(xiàn)能量傳輸?shù)暮诵脑?，在靜態(tài)充電系統(tǒng)中，基于能效最優(yōu)的耦合線圈材料、形狀、尺寸和匝數(shù)等參數(shù)優(yōu)化是目前已有文獻(xiàn)中主要的研究方向。

有學(xué)者選取利茲線繞制方形耦合線圈，并采用了Z型串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在最優(yōu)工作頻率為55kHz時(shí)，傳輸距離在8～15cm內(nèi)，系統(tǒng)最高傳輸效率可達(dá)85%以上。

有學(xué)者則采用螺線管來(lái)繞制耦合線圈，并增加了耦合線圈的匝數(shù)，其系統(tǒng)在7kW的功率等級(jí)，傳輸距離16cm下，效率可達(dá)98%。此外，有學(xué)者對(duì)DD型能量發(fā)射線圈，BBP、DDQ型能量接收線圈進(jìn)行了研究。

與靜態(tài)充電相比，動(dòng)態(tài)供電系統(tǒng)較為復(fù)雜，主要體現(xiàn)在發(fā)射線圈的結(jié)構(gòu)與工作線圈的切換。集中供電導(dǎo)軌和分段供電導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)是目前發(fā)射端主要供電結(jié)構(gòu)，前者根據(jù)磁心形狀線圈可繞成E型、U型、W型、I型、S型和dq型。

其中，E型、U型和W型是研究較早的三種結(jié)構(gòu)，主要集中在傳輸參數(shù)的優(yōu)化；dq型雙向供電導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可有效解決受電體受電過(guò)程中的耦合系數(shù)為零的情形；I型和S型結(jié)構(gòu)為雙極性磁心，能量耦合路徑沿受電體移動(dòng)方向，提高了橫向偏移容忍度和傳輸效率，同時(shí)在建造難度和經(jīng)濟(jì)成本方面具有優(yōu)勢(shì)。

分段供電導(dǎo)軌一般采用多線圈單元并行連接切換供電方式，可顯著降低系統(tǒng)損耗，但對(duì)檢測(cè)和控制系統(tǒng)的靈敏度、穩(wěn)定性和可靠性具有很高要求。有學(xué)者針對(duì)系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，提出了利用基于磁場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)的接收端定位策略（測(cè)量周期為6ms，分辨率為5mGs）的分段導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，與單初級(jí)繞組系統(tǒng)相比，功率提升25%，效率提升7%。

對(duì)于分段供電導(dǎo)軌的切換問(wèn)題，學(xué)界從不同的方面進(jìn)行研究，有學(xué)者針對(duì)分段式動(dòng)態(tài)無(wú)線充電系統(tǒng)的原邊線圈鏈供電管理的需求，提出了一種基于副邊主動(dòng)激勵(lì)的具有分散控制邏輯的接力方法，在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)原邊直流電源供給功率約為50W時(shí)，系統(tǒng)傳輸效率為72%。有學(xué)者則針對(duì)快速切換導(dǎo)軌時(shí)可能出現(xiàn)的過(guò)電流、過(guò)電壓等問(wèn)題，提出一種基于能量自由振蕩模式的電動(dòng)汽車無(wú)線供電導(dǎo)軌切換方法，實(shí)現(xiàn)了供電導(dǎo)軌的軟切換。

電磁耦合系統(tǒng)中的電磁屏蔽主要是將電磁能量交換路徑束縛在耦合線圈間，從而最大限度地減小漏磁，提高傳輸效率。

從屏蔽材料看，有學(xué)者通過(guò)有限元計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了耦合機(jī)構(gòu)外加鐵氧體屏蔽后，傳能區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)被約束在發(fā)射耦合機(jī)構(gòu)與接收耦合機(jī)構(gòu)之間，提高了傳輸效率，其設(shè)計(jì)的帶有鐵氧體屏蔽結(jié)構(gòu)的傳輸系統(tǒng)在傳輸距離為0.40m，軸向偏移0.3m，功率從200W增加到2 500W情況下，效率穩(wěn)定在80%左右。有學(xué)者提出了一種鐵磁性和非鐵磁性混合材料制成的屏蔽結(jié)構(gòu)，其實(shí)驗(yàn)傳輸系統(tǒng)在56kHz、傳輸距離6cm時(shí)，系統(tǒng)傳輸效率穩(wěn)定在72%，僅裝有鋁板的系統(tǒng)效率只有2%。

從屏蔽結(jié)構(gòu)看，有學(xué)者設(shè)計(jì)了一種拼接式的電磁屏蔽結(jié)構(gòu)，與整體平面型相比具有更佳的屏蔽能力且易制造和安裝，采用該結(jié)構(gòu)的傳輸系統(tǒng)效率為90.94%，功率可達(dá)12969W。有學(xué)者提出在能量發(fā)射裝置水平側(cè)加屏蔽帶的屏蔽結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可有效降低電動(dòng)汽車外部的電磁輻射，但整體結(jié)構(gòu)因渦流效應(yīng)產(chǎn)生的熱量對(duì)系統(tǒng)影響較大。

從屏蔽方式來(lái)看，有學(xué)者提出一種無(wú)耦合單線圈產(chǎn)生抵消磁場(chǎng)主動(dòng)屏蔽的方式，其系統(tǒng)在傳輸距離15cm時(shí)，系統(tǒng)效率高于85%。有學(xué)者同樣利用主動(dòng)屏蔽的方式但創(chuàng)新性地提出了一種利用雙線圈和四個(gè)電容作為移相器的新型共振無(wú)功屏蔽，當(dāng)采用雙線圈屏蔽時(shí)，與沒(méi)有屏蔽的情況相比，在地面以上0.15m處，總磁場(chǎng)大幅減小80%。

此外，與單線圈屏蔽相比，雙線圈屏蔽在離地0.15m處的總磁場(chǎng)減少最多70.4%。在此基礎(chǔ)上，有學(xué)者結(jié)合磁性材料的磁通路徑和抵消磁場(chǎng)主動(dòng)屏蔽方式，提出一種組合方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽，實(shí)驗(yàn)中在額定功率800W，無(wú)線線圈之間的間隙距離為30mm，無(wú)線功率傳輸效率為83%。

2）控制策略

系統(tǒng)魯棒控制策略研究是保證無(wú)線輸電系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和高效性的必然要求。目前系統(tǒng)控制方法可分為原邊控制、副邊控制和雙邊控制三種。原邊控制可實(shí)現(xiàn)控制原邊諧振電流簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)生恒定交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)輸出功率魯棒控制等。

有學(xué)者均對(duì)副邊控制策略展開(kāi)研究，前者基于副邊DC-DC轉(zhuǎn)換器提出最大效率控制，提高了傳輸效率；后者基于副邊可控整流和滯后比較器實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出功率或最大效率的控制。雙邊控制可分為雙邊通信控制和雙邊無(wú)通信控制。

有學(xué)者將原副邊相結(jié)合，提出基于工作頻率調(diào)制和雙邊無(wú)線通信的閉環(huán)控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的無(wú)線充電。有學(xué)者提出無(wú)需雙邊通信的功率和最大效率雙參數(shù)同步控制方法，通過(guò)DC-DC變換器調(diào)節(jié)副邊等效交流阻抗以及搜索原邊輸入功率最小值，實(shí)現(xiàn)最大效率控制和輸出恒功率控制。

對(duì)于動(dòng)態(tài)無(wú)線電能傳輸?shù)聂敯艨刂撇呗?，采用PI控制算法，控制參數(shù)一般通過(guò)極點(diǎn)配置法選取，較為簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)。但是目前文獻(xiàn)資料中的建模與控制研究通常忽略電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線供電實(shí)際應(yīng)用的復(fù)雜環(huán)境中的多種不確定擾動(dòng)因素，因此研究面向?qū)嶋H應(yīng)用工況的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性以及多參數(shù)擾動(dòng)下快速魯棒控制器極其重要。

3）技術(shù)應(yīng)用

電動(dòng)車輛靜態(tài)無(wú)線充電技術(shù)已相對(duì)成熟，并且寶馬、奧迪、豐田、吉利等各大汽車產(chǎn)商已經(jīng)開(kāi)始在電動(dòng)車型上加載，見(jiàn)表2。此外，2019年11月，綠馳汽車宣布將在2020年推出搭載智能無(wú)線充電模塊的純電動(dòng)SUV（內(nèi)部代號(hào)：綠馳M500）。

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