磁感應(yīng)無線充電在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用第一部分

用于通過線圈傳輸電能的技術(shù)分為兩類：第一類稱為感應(yīng)耦合，或稱磁感應(yīng)，或稱電磁感應(yīng)，這三個(gè)名稱指的是同一種技術(shù)，在業(yè)界簡稱為 MI。此外，同樣通過線圈傳輸能量的磁共振在業(yè)內(nèi)被稱為MR。MI無線充電技術(shù)已廣泛應(yīng)用于市面上的手持設(shè)備中，但采用MR技術(shù)的產(chǎn)品卻很少見。MI技術(shù)和MR技術(shù)最大的區(qū)別在于阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(IMN)的配置。MI技術(shù)沒有IMN，因此其效率隨著感應(yīng)距離的增加而降低，而帶有IMN的MR技術(shù)可以在距離變化的情況下通過IMN的調(diào)整來保持高效率。磁共振技術(shù)，

手機(jī)無線充電普及后，越來越多的人關(guān)注電動(dòng)車充電是否也可以無線充電。許多制造商多年來一直在開發(fā)相關(guān)技術(shù)。電動(dòng)汽車無線充電主要是以MR技術(shù)為核心開發(fā)的。電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，主要有兩大難點(diǎn)：感應(yīng)距離遠(yuǎn)、用電量大;在大多數(shù)移動(dòng)無線充電的應(yīng)用實(shí)例中，感應(yīng)距離在1厘米以內(nèi)，車載無線充電的感應(yīng)距離要求在20厘米左右。無線充電的最低功率要求是手機(jī)5W，電動(dòng)汽車3KW;可以看出，無線充電在手機(jī)和電動(dòng)汽車上的應(yīng)用在規(guī)格上存在較大差距;因此，過去為了區(qū)分技術(shù)，有這樣一種印象，即MI技術(shù)用于小功率手機(jī)的無線充電，而MR技術(shù)用于大功率電動(dòng)汽車。

線圈尺寸決定感應(yīng)距離

在實(shí)際應(yīng)用中，MI和MR可以傳輸?shù)木嚯x和最大功率與線圈的大小有關(guān)。為便于理解，先將線圈設(shè)為圓形，感應(yīng)距離以與圓形線圈直徑的比例來評(píng)價(jià)。MI的最佳工作感應(yīng)距離為直徑的1/8。MR技術(shù)的效率在距離增加時(shí)可以通過IMN補(bǔ)償技術(shù)來保持，但是當(dāng)線圈直徑超過1/2時(shí)效率太低。在線圈尺寸相同的情況下，感應(yīng)距離在線圈直徑的1/8~1/4范圍內(nèi)效率差異不明顯。當(dāng)距離超過線圈直徑的1/4時(shí)，采用MI技術(shù)時(shí)效率會(huì)明顯變差。只有高效率才能滿足電動(dòng)汽車的充電功率需求。手機(jī)無線充電一般效率為70%，接收功率為5W時(shí)會(huì)產(chǎn)生2W左右的損耗，大部分轉(zhuǎn)化為散熱。

當(dāng)功率增加到3KW時(shí)，即使效率提高到90%，也會(huì)產(chǎn)生300W左右的損耗。這種損失會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，商業(yè)化需要額外的冷卻解決方案成本。MI和MR技術(shù)的理想工作條件是線圈越大，感應(yīng)距離越近越好。目前，大多數(shù)實(shí)用線圈的尺寸約為 60 厘米乘 80 厘米的矩形。如果設(shè)計(jì)距離為20cm，感應(yīng)距離約為邊長的1/4。在這樣的感應(yīng)距離下，沒有IMN補(bǔ)償技術(shù)的MI的傳輸效率與MR不會(huì)有太大的差異。IMN補(bǔ)償技術(shù)可以在感應(yīng)距離較長的情況下保持較好的傳輸效率，

MI易于生產(chǎn)且成本低，并且在針對(duì)線圈尺寸和感應(yīng)距離進(jìn)行優(yōu)化時(shí)可以提供與MR相當(dāng)?shù)男市阅?。最大傳輸功率取決于效率和散熱系統(tǒng)之間的平衡。無線充電系統(tǒng)會(huì)因損耗而產(chǎn)生熱能，發(fā)射功率越高，散發(fā)的熱能就越多。系統(tǒng)的最大傳輸功率受限于冷卻系統(tǒng)可以處理多少廢熱。

商業(yè)化所需的安全機(jī)制

安全機(jī)制是電動(dòng)汽車應(yīng)用中無線充電商業(yè)化的另一個(gè)關(guān)鍵。MI 和 MR 技術(shù)都通過線圈傳輸電磁能量。當(dāng)金屬物體吸收電磁能時(shí)，會(huì)產(chǎn)生加熱反應(yīng)。如果檢測(cè)到傳輸線圈上有金屬異物，安全機(jī)構(gòu)將停止電力傳輸。技術(shù)難點(diǎn)是如何檢測(cè)線圈上的金屬異物，如何在送電前檢測(cè)線圈上的金屬異物，以及如何在送電過程中檢測(cè)兩個(gè)線圈之間侵入的金屬異物。

60cm*80cm左右的矩形線圈用于電動(dòng)汽車的無線充電，比手機(jī)無線充電的5cm*5cm左右的矩形線圈大一百多倍。手機(jī)無線充電產(chǎn)品中金屬異物的檢測(cè)難度很大。隨著發(fā)射功率和感應(yīng)距離的增加，需要解決技術(shù)難題才能準(zhǔn)確檢測(cè)較大線圈表面的金屬異物。目前，制造商已經(jīng)提出在大線圈的表面添加一層復(fù)雜的小線圈陣列。

這種設(shè)計(jì)可以有效地大面積檢測(cè)金屬異物，但在電力傳輸過程中無法檢測(cè)到，這也增加了額外的成本。金屬異物檢測(cè)技術(shù)已在 MI 中得到發(fā)展。MI的感應(yīng)范圍比MR窄，但這個(gè)缺點(diǎn)有利于金屬異物的防治。異物金屬需要非?？拷€圈才能接收電磁能并發(fā)熱;MI可以分析送電線圈上的信號(hào)進(jìn)行金屬異物檢測(cè)，無需額外的檢測(cè)硬件，成本低。