无线充电技术在电动汽车普及中面临的挑战和解决方案是什么？
无线充电技术在电动汽车普及中面临的挑战和解决方案是什么？
无线充电技术在电动汽车领域的应用正日益受到关注。从特斯拉的早期实验到如今的标准化实施，这项技术的发展历程和未来前景如何？本文将为您详细解析电动汽车无线充电技术的核心原理、系统构成及其面临的挑战与解决方案。
其实无线充电没那么神秘，也不是什么新兴技术。1890 年，物理学家尼古拉·特斯拉，就进行过一次无线输电试验，点亮了一盏白炽灯。
要想充分了解这个技术的解决方案，大家可以参考“电动汽车无线充电系统”系列国家标准。它由全国汽车标准化技术委员会归口，于2020年11月1日开始实施，包括：
1.《电动汽车无线充电系统—第1部分：通用要求》（GB/T 38775.1-2020）；
2.《电动汽车无线充电系统第2部分：车载充电机与充电设备之间的通信协议》（GB/T 38775.2-2020）；
3.《电动汽车无线充电系统第3部分：特殊要求》（GB/T 38775.3-2020）；
4.《电动汽车无线充电系统第4部分：电磁环境限值与测试方法》（GB/T 38775.4-2020）。
下面将重点介绍几个关键点：
磁耦合
第1部分：通用要求的附录B，写了充电的原理——“磁耦合”。电动汽车无线充电系统的原边线圈和副边线圈通过交变磁场相互作用。通常以工作气隙中间平面为界将气隙分为两个区域，原边线圈处于其中的一个区域，而副边线圈则处于另外一个区域。
系统构成
第1部分：通用要求的附录A说明了一般系统构成：车端和地面端的功率传输控制，车端和地面端的通信控制，还有一个系统协调控制器。总统来讲控制上，分为5个部分。
- 功率传输控制器：电动汽车无线充电系统地面侧功率控制单元,实现电网电能到高频交流的逆变,输出满足电动汽车无线充电系统工作频率的交流电,驱动原边设备工作,并根据CSU的控制指令,完成电动汽车无线充电过程的控制。
- 功率接收控制器：电动汽车无线充电系统车辆侧功率控制单元,对副边输出的高频交流进行整流,输出满足电动汽车车载动力电池要求的直流电,并根据BMS的控制指令,完成电动汽车无线充电过程的控制。
- 地面通信控制单元：电动汽车无线充电系统地面侧通信控制器,与IVU通信,协助完成充电过程的控制。并可与WC-CMS通信,完成电动汽车无线充电系统地面设备的控制管理功能，
- 车载通信控制单元：电动汽车无线充电系统车辆侧通信控制器,与CSU通信,协助完成充电过程的控制。并可与WCCMS通信,完成电动汽车无线充电系统车载设备的控制管理功能。
- 无线充电控制管理系统：负责一个或多个电动汽车无线充电系统的充电协调控制、运维监控管理、业务运营管理和系统管理等功能。
对正要求
这里面还规定了偏移量的要求，也就是无线充电需要“对正”才行！
为了保证对正，保证充电速度，红旗E-HS9提供了无线充电对位引导系统，使得其无线充电系统的定位精准度可达一厘米。
异物防护
原来我并没有注意到，其实小区内的小猫、小狗还是需要保护的，它们很容易钻到车下面。而电动汽车无线充电系统的一次线圈和二次线圈之间存在大空间气隙以及高强度磁场，可能对进入充电区域的生物体造成电磁伤害。因此，系统需要配备可靠、灵敏的生物体检测装置，以便在生物体侵入保护区域时及时降低或关闭充电功率。第3部分：特殊要求标准中这样说的：
5.8.5 异物检测 MF-WPT系统地面设备应具备异物检测功能,能够识别原边设备上方影响无线电能传输的异物，常规异物见表7。若检测到异物,则MF-WPT系统发出警告,并停止充电或不启动充电。 5.8.6 活体保护 MF-WPT系统地面设备官具备活体保护功能,能够判断GB/T38775.4-2020保护区域1和2内是否存在活体,若检测到活体,则MF-WPT系统发出警告,并停止充电或不启动充电。
异物检测方法
浙江大学公开了一个专利《一种基于相位检测的无线充电金属异物检测系统及方法》，其中提到了一种方法：本发明通过对称式检测线圈设计,反向串联对称的检测线圈组成检测通道，抵消了无线充电发射线圈磁场在检测线圈上产生的感应电压，更好地抑制了无线充电主功率对异物检测系统的干扰,，进而保证了本发明在大功率无线充电应用场景下的稳健性能。
活体保护方法
2023年第二期的《电工技术学报》中的《基于毫米波雷达的电动汽车无线充电运动异物检测与跟踪》一文提到了一种基于77GHz毫米波雷达并结合卡尔曼滤波和数据关联算法的运动异物检测方法。首先通过调频连续波雷达测量运动异物的速度、距离和角度；其次融合卡尔曼滤波、目标聚类和数据关联算法实现多目标运动异物的轨迹跟踪。
总之，尽管无线充电技术的潜力巨大，目前仍处于发展阶段，现如今无线充电也面临实用性不强的尴尬。最重要的就是充电效率相比传统充电方式略显不足。但就像任何新兴技术一样，无线充电代表了未来的趋势，我们期待它在完善中逐渐提升。