友情提示：本文共有 3998 个字，阅读大概需要 8 分钟。
发射线圈、接收线圈和负载线圈。在存在激励源的条件下，带入耦合系数，可以进一步求解系统传输性能。
2.5 生物安全性研究
由于电动汽车无线充电系统工作在高频下，电能与场能不断交替转化，在周边区域激发高频交变电磁场，因此其电磁辐射水平是否对生物安全产生影响，对于该项技术的推广应用至关重要。电气与电子工程师协会（IEEE）制定的《处于射频电磁场 3 kHz ~ 300 GHz 的人体安全等级》标准 [67] 和国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）制定的《限制时变电场、磁场和电磁场暴露的导则（1 Hz 到 100 kHz 或 300 GHz 以下）》[68-69] 规定了高频设备周边电场与磁场强度的限值。
图 11 无干扰情况下电场与磁场强度的公众曝露控制限值
针对电磁能量水平不同，考虑我国实际情况，中国可按照《电磁环境控制限值》（GB 8702-2014）规定的公众曝露控制限值作为电动汽车无线充电系统辐射限值标准。各类标准对于电场强度（E）和磁场强度（H）的不同限值示于图 11。
由图可知，对于现有电动汽车无线充电技术工作频率范围（100 MHz 以内），频率越高，控制限值越低，并且我国的限值要求相对国际标准更为严格，因此对电动汽车无线充电系统的电磁辐射安全性要求更高。
图 12 基于人体模型的 SAR 值仿真研究 [72]
针对电动汽车无线充电系统电磁辐射生物安全性，Wu H.H 等人对 Witricity 系统做过相关电磁场强度分析 [13]，测试了无线充电系统工作时，附近区域人体膝盖，腹股沟，胸部和头部的磁场强度；O.C.Onar 等也做了相似的研究，他们测试了一辆电动汽车无线充电过程中，驾驶员一侧前轮、地板、座椅和头枕部位的磁场强度[14]；A.Christ 等人基于成人和儿童的人体解剖模型，测量了不同矢状面的电磁波比吸收率（Specific Absorption Rate,SAR），分析了四线圈式充电系统的辐射对人体的影响 [70-72]，如图 12 所示。
而关于电磁辐射防护方法，现有研究理论中包含主动防护和被动防护。主动防护方法包括加入电磁干扰防护线圈 [73-74]，以及用容性线圈代替自谐振线圈，降低谐振频率等 [66]，而被动防护主要依赖于铁磁性材料和其他具有较好电磁屏蔽性能材料的应用 [75-86]。
3. 实用化相关成果
3.1 各大汽车企业无线充电技术研发进展
在国际范围内，针对电动汽车无线充电系统，各大整车企业也在加紧开展技术研发和产品推广：
丰田、日产和本田等多家汽车公司联手美国 Witricity 公司，开发了 WiT-3300 平板式无线充电系统，其整体传输功率为 3.3 kW，传输效率达 90%，可在100~200 mm 范围内进行充电 [87]，而该产品将在 2015 款英菲尼迪LE豪华电动汽车和 2016 款 PRUIS 装配 [88]；
宝马 i8 系列车型装备了高通公司的 Halo 无线充电产品[89]，他们的 DD 型充电平板在 20 kHz 工作频率下能够实现 3~20 kW 的功率传输，而适用于汽车行进状态充电的产品能够实现间距在 250~300 mm 范围内 20~30 kW 的功率传输 [90]；
汽车零部件制造商博世（Bosch）则与美国Evatran公司合作推出了 Plugless L2 无线充电系统 [91]。该产品可无线充电，能辅助驾驶员自动泊车，将装配日产 Leaf 和雪佛兰 Chevy Volt 两款车型 [92]；
德国康稳（Conductix）[93]、加拿大庞巴迪（Bombardier）[94-98]、美国宇航局艾姆斯研究中心（NASA Ames Research Center）[99]、美国 HEVO Power 公司 [100] 和美国 WAVE 公司 [101] 也纷纷推出了移动交通无线充电产品。
在国内，东风汽车公司联手中兴通讯，在湖北襄阳打造了中国第一条大功率无线充电公交示范线，充电功率达 60 kW [102]；蜀都客车也与中兴通讯联合推出了全国首个无线充电城市微循环公交解决方案 [103]；北汽新能源计划在 2015 年下半年为 E150 EV 车型装配无线充电设备 [104]。此外，宇通、长安、奇瑞等汽车制造商也纷纷投入无线充电技术研发行列。
3.2 实验室装置与样机
在千瓦级电动汽车无线充电系统研究方面，国外研究机构主要包括新西兰奥克兰大学、韩国科学技术院、日本埼玉大学、美国橡树岭国家实验室、美国犹他州立大学和美国密歇根大学-迪尔伯恩校区等。
新西兰奥克兰大学（University of Auckland）J.T.Boys 教授团队起步较早，在 2000 年即提出了总传输功率 17 kW 的旅客输送车设计方案，2009 年他们提出了功率 2 kW 的平板式磁耦合元件设计方案 [45]，并于 2013 年改进了磁耦合元件结构，提高了磁场覆盖面积和偏移裕度，降低了制造成本 [46,50]，其充电平板可同时应用于静止状态充电和行进状态充电；
韩国科学技术院（KAIST）ChunT.Rim 教授团队的在线式电动汽车（OLEV）项目能够使行进状态的汽车从公路电网中摄取电能[58]，从 2009 年起他们陆续提出了五代设计方案，实现了200 mm 间距内单体 27 kW 功率的传输 [59]；
日本埼玉大学（Saitama University）在 2011 年测试了一种 H 型磁芯的线圈结构，实现了 7 cm 范围内 1.5~3.0 kW 的功率传输[12]；
美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory，ORNL）分别于 2011 年和 2013 年提出了无铁氧体和有铁氧体的磁耦合元件，实现了单体 2.5 kW 和单体 3 kW 的能量传输 [14,29,70-71]，但前者体积较大，其磁耦合元件也能同时应用于电动汽车静态和行进状态充电；
犹他州立大学（Utah State University）Hunter H.Wu 等在 2012 年试验了传输功率 5kW 的平板式磁耦合元件[13]，系统传输效率超过了 90%；
美国密歇根大学-迪尔伯恩校区（University of Michigan Dearborn）的 Chunting Chris Mi 教授团队则分别在 2014 年和 2015 年设计并制作了单体功率 8 kW 和 5.6 kW 的平板式磁耦合元件，直流到直流传输效率均超过 95%[38,60]，其实验装置如图 13 所示，该装置能够实现的功率与频率的乘积值为目前最大。
图 13 美国密歇根大学-迪尔伯恩校区无线充电实验装置 [38]
在国内，东南大学、重庆大学、哈尔滨工业大学和中科院电工研究所等，也均开展了适用于电动汽车 kW 级功率需求的无线充电装置设计与研发工作。
东南大学在双中继线圈无线充电系统设计与效率优化方面开展了较多研究 [49]；
重庆大学提出了电动车在线供电系统配电方案 [55]，解决了一些电动汽车无线充电系统实用化问题；
哈尔滨工业大学利用高磁导率平板磁芯绕组，设计了 1.85 kW 无线电能传输系统 [105]；
中科院电工研究所提出了基于电容优化实现无线充电系统传输效率和水平偏移裕度提升的系统设计方案 [11,30]。
4. 发展趋势
4.1 技术发展趋势
1）电力电子拓扑结构与控制算法的创新与优化。无线充电系统性能的进一步提升，很大程度上依赖于功放电路和调谐（补偿）网络的创新性设计与优化，更需要控制方法的改进。研发出具有高功率因数，低输入阻抗和低匹配难度的电力电子拓扑结构，提出更加精确和稳定的控制方法，对于提升无线充电系统偏移裕度、电路工作稳定性和电能传输效率具有重要意义；
2）电磁能量传递生物安全。生物安全性是公众关注的重要问题，无线充电系统的推广与应用需要探索更具智能性和通用性的电磁辐射安全主动防护方法；
3）新材料的引入与无线充电约束机制的改善。引入磁导率、电导率等参数更加优越的先进材料，有助于降低系统损耗，提升电能传输效率，近些年，超常规电磁材料（左手材料）[106]、磁电层状复合材料 [107]、超导材料 [108] 等新材料的出现与应用，为充电过程能量损耗的进一步降低提供了可能，也为无线充电系统传输性能提升创造了空间。
4.2 应用趋势
1）汽车行进状态充电技术。电动汽车发展瓶颈之一是蓄电池能量密度较低，存储能量较少，而汽车行进状态充电技术，将电能发射线圈直接布置在道路基面以下，能够为行进中的汽车充电，从而使汽车行驶消耗的电能得到及时补充，延长汽车续驶里程；
2）辅助驾驶技术。将无线充电与自动泊车、自动巡航等辅助驾驶技术相结合，提高整车驾驶性能以及无线充电效果；
3）V2X（车辆到电网（Vehicle-to-Grid，V2G）、车辆到住宅（Vehicle-to-Home，V2H）等）双向电能传输。电动汽车与电网智能双向融合，能够发挥削峰填谷的电能调控作用，使电动汽车真正成为智能化移动蓄能装置，充分发挥电动汽车的性能。
5. 总结
本文综述了目前电动汽车无线充电技术研究现状，在对无线充电技术体系、类别和技术特点进行总结和提炼的基础上，概述了当前的研究热点，包括：电力电子拓扑结构、磁耦合元件结构、能量传输特性、系统建模、生物安全等，汇总了各大汽车企业和相关研究机构无线充电技术研发进展。该技术未来发展趋势包括：电力电子拓扑结构与控制算法的创新与优化、生物安全以及新材料应用等，而应用趋势则包括：行进状态充电、辅助驾驶和 V2X（车辆到电网（Vehicle-to-Grid，V2G）、车辆到住宅（Vehicle-to-Home，V2H）等）双向电能传输等。
电动汽车无线充
收集不易，本文《一文读懂电动汽车无线充电技术的研究进展》知识如果对你有帮助，请点赞收藏并留下你的评论。
