方蕾

摘? 要：隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和新能源設(shè)備的發(fā)展，電動(dòng)汽車具有越來(lái)越廣闊的市場(chǎng)前景，無(wú)線充電技術(shù)是電動(dòng)汽車領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)是車輛在行駛過(guò)程中，通過(guò)無(wú)線方式對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電的技術(shù)。由于電動(dòng)汽車在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行充電，使得電池容量得以進(jìn)一步縮小，節(jié)省了電動(dòng)汽車充電時(shí)間，增加了便利性。而對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行無(wú)線充電的主體就是無(wú)線充電公路。文章梳理了無(wú)線充電公路專利技術(shù)相關(guān)的國(guó)內(nèi)重要專利，具有一定的代表性。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;無(wú)線充電;動(dòng)態(tài);公路;專利

Abstract： With the increase of environmental awareness and the development of new energy equipment， electric vehicles have more and more market potentials， and wireless charging technology is an important development trend in the field of electric vehicles. The dynamic wireless charging technology of electric vehicle is a technology that charges the electric vehicle wirelessly in the process of driving. Because the electric vehicle is charged dynamically， the battery capacity can be further reduced， the charging time of electric vehicle is saved and the convenience is increased. The main body of wireless charging for electric vehicles is the wireless charging highway. This paper deals with the important domestic patents related to the wireless charging highway patent technology， which is representative in the trade.

1 電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電與無(wú)線充電公路

1.1 電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)

隨著石油資源的枯竭，世界各國(guó)都在逐漸投入對(duì)電動(dòng)汽車各項(xiàng)技術(shù)的研究，其中電動(dòng)汽車的充電技術(shù)是電控領(lǐng)域的重要分支。目前的主流充電技術(shù)是有線充電技術(shù)，有線充電技術(shù)需要借助線纜將電動(dòng)汽車與充電電源連接來(lái)完成充電。有線充電技術(shù)具有一定的缺點(diǎn)，普通充電模式下，需要十幾個(gè)小時(shí)才能完成一次充電，使得電動(dòng)汽車的使用極其不方便。而快速充電使得電池的壽命降低，也會(huì)給公共電網(wǎng)造成電能污染和電能負(fù)荷。

近年來(lái)，無(wú)線充電技術(shù)成為電動(dòng)汽車領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，采用無(wú)線充電技術(shù)能夠解決電動(dòng)汽車充電過(guò)程中電纜連接束縛的問(wèn)題。無(wú)線充電技術(shù)使得電動(dòng)汽車的使用更加便捷。目前，無(wú)線充電技術(shù)顯示了電動(dòng)汽車在靜態(tài)無(wú)線充電方面的優(yōu)越應(yīng)用趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)外也對(duì)電動(dòng)汽車的靜態(tài)無(wú)線充電進(jìn)行了多方位的研究[1-3]。從電力和無(wú)線充電效率的角度來(lái)看，靜態(tài)無(wú)線充電技術(shù)基本上可以滿足電動(dòng)汽車充電的要求。而如果在電動(dòng)汽車的行駛車道上設(shè)置無(wú)線能源傳輸裝置，對(duì)移動(dòng)中的電動(dòng)汽車進(jìn)行動(dòng)態(tài)充電的話，可以大幅減少滿足電動(dòng)汽車相同行駛距離所需的電池包的容量，從而降低電動(dòng)汽車的成本。電動(dòng)汽車使用動(dòng)態(tài)充電技術(shù)，不僅可以給停車中的車輛充電，還可以在開(kāi)車時(shí)給車輛充電，大大提高了充電效率和便利性[4-5]。

電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)的基本原理是：電力通過(guò)埋在地面下的能量發(fā)射裝置，以高頻交變形式傳遞到車輛接收端的電能接收機(jī)構(gòu)，在地面上特定范圍內(nèi)行駛時(shí)，車輛可以被無(wú)線的充電。電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電技術(shù)的主要參數(shù)是電能傳輸距離、功率、效率、耦合機(jī)構(gòu)側(cè)移適應(yīng)能力、電磁兼容性等。因而，開(kāi)發(fā)大功率、高效率、強(qiáng)側(cè)移適應(yīng)能力、低電磁輻射、成本適中的動(dòng)態(tài)無(wú)線供電系統(tǒng)，已成為國(guó)內(nèi)外主要研究機(jī)構(gòu)的主要研究對(duì)象。

1.2 無(wú)線充電公路

實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無(wú)線充電的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是其發(fā)電側(cè)的設(shè)計(jì)——無(wú)線充電公路?，F(xiàn)行的設(shè)計(jì)思路通常是采用如太陽(yáng)能一類的新能源作為發(fā)電裝置，將太陽(yáng)能接收組件和儲(chǔ)能裝置集成于公路路面下，為行駛中的車輛提供源源不斷的電能。

太陽(yáng)能發(fā)電及儲(chǔ)能系統(tǒng)是一套穩(wěn)定可靠的分布式電源系統(tǒng)，其技術(shù)已經(jīng)比較成熟，可以滿足各種用電需求，適應(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景?；谔?yáng)能發(fā)電的無(wú)線充電技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，其利用了可再生資源，節(jié)能環(huán)保，同時(shí)減輕了電網(wǎng)負(fù)荷，降低了用電成本，優(yōu)化了能源結(jié)構(gòu)，對(duì)環(huán)境保護(hù)、用電安全具有積極作用。將太陽(yáng)能接收組件和儲(chǔ)能裝置集成于公路路面下，充分利用了路面空間，節(jié)約了充電站建設(shè)空間、降低了建設(shè)成本。同時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)生的電能以及存儲(chǔ)在儲(chǔ)能裝置中的電能，除了能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車進(jìn)行充電，也可以為道路周邊建筑或設(shè)施進(jìn)行供電，如加油站、收費(fèi)站、路燈、廣告牌、指示牌等，有助于實(shí)現(xiàn)道路電氣智能化。

2 無(wú)線充電公路技術(shù)代表性專利

中惠創(chuàng)智無(wú)線供電技術(shù)有限公司（CN107069873A）提出了一種光伏公路，用于對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行感應(yīng)式無(wú)線充電，具有多個(gè)光伏發(fā)電裝置埋設(shè)在公路中。如圖1所示，光伏發(fā)電裝置包括：蓋板1011，線圈支架1012，底座1013，光伏電池板1014和隔磁片1015; 整體呈正六邊形結(jié)構(gòu)，蓋板1011，線圈支架1012和底座1013的大小相同，光伏電池板1014的面積略小，且光伏電池板1014能夠嵌入到蓋板1011中。六邊形結(jié)構(gòu)使得光伏公路模塊能夠彼此更容易配合地鋪設(shè)在公路上，充分利用了公路的空間。將發(fā)射線圈與光伏發(fā)電裝置直接結(jié)合，不需要額外設(shè)置支架，解決了無(wú)線充電系統(tǒng)中發(fā)射線圈的抗壓，以及安裝等系列難題，節(jié)約制造和安裝成本。

天津大學(xué)（CN107579585A）提出一種能夠?yàn)樾旭傊械碾妱?dòng)汽車連續(xù)充電的光伏智能道路，設(shè)置有光伏電池陣列2、定位器及檢測(cè)器5和功率發(fā)射模塊6，根據(jù)具體的道路情況，光伏電池陣列2與功率發(fā)射模塊6呈間隔交替串接或是各自相連，并設(shè)置有集電裝置及監(jiān)控系統(tǒng)3、蓄電池4、控制器7和逆變器8，上層具有鋼化玻璃，下層具有隔離保護(hù)層9起到防護(hù)支撐的作用。定位器及檢測(cè)器5中的定位器可以與電動(dòng)汽車上的定位器配對(duì)，確定該電動(dòng)汽車的位置，根據(jù)位置信號(hào)，控制器7向逆變器8發(fā)出指令，蓄電池4中的電能逆變成高頻交流電，功率發(fā)射模塊6調(diào)節(jié)發(fā)射電能頻率與電動(dòng)汽車接收線圈的固有頻率一致，通過(guò)磁共振技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行無(wú)線充電，直至完成充電。

浙江晶科能源有限公司（CN108457149A）提出一種光伏道路，依次設(shè)有光伏組件1、透明樹(shù)脂復(fù)合層2、無(wú)線充電組件3、支撐部4。其采用透明樹(shù)脂復(fù)合層2作為光伏路面，既能夠滿足路面抗壓能力，還能夠提高路面的透光度，最大化利用光照，提高了光伏組件1的發(fā)電效率。此外，透明樹(shù)脂復(fù)合層2中具有多個(gè)溫度傳感器和加熱電阻，用于實(shí)時(shí)獲取路面的溫度，在積雪天氣對(duì)道路進(jìn)行融冰，其產(chǎn)生的熱量也可以為綠化帶中的土壤加熱。透明樹(shù)脂復(fù)合層2中還可以封裝LED燈，其中該LED燈形成的圖案可以為路標(biāo)指示的圖案。此外，還可以設(shè)置壓力傳感器，當(dāng)路面上有車輛通過(guò)時(shí)，壓力傳感器能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)出光伏部件模塊所承受的壓力變化，當(dāng)路面遇到塞車或事故時(shí)，可以根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)到的壓力大小變化判斷車輛的停車位置和停車時(shí)長(zhǎng)，由此可以獲得路面行車信息，判斷道路的通行狀況。

鴻海精密工業(yè)股份有限公司（CN110014896A）提出一種無(wú)線充電馬路，參見(jiàn)圖4，其包括馬路地基21、路面層22、以及埋于所述馬路地基21內(nèi)的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置23。磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置23能夠在該馬路20的表面上產(chǎn)生磁感線230，從而使得在該馬路上行駛的車輛可以通過(guò)切割該磁感線230而產(chǎn)生感應(yīng)電流。其另一種結(jié)構(gòu)的充電馬路如圖5所示，包括設(shè)置于路面層22兩側(cè)的護(hù)欄24，護(hù)欄內(nèi)設(shè)有磁鐵233，兩側(cè)磁鐵的N極和S極相對(duì)設(shè)置，從而產(chǎn)生與路面平行且與馬路延伸方向垂直的磁感線230。在沿著馬路延伸的方向，兩側(cè)磁鐵的密度不斷變化，從而使得磁感線230的強(qiáng)度不斷變化。這樣使得無(wú)線充電馬路上車輛行駛時(shí)，穿過(guò)充電裝置回路的磁通量不斷變化。如果兩側(cè)護(hù)欄之間具有多個(gè)車道，則可以同時(shí)對(duì)每個(gè)車道上的電動(dòng)汽車進(jìn)行無(wú)線充電。

中海陽(yáng)能源集團(tuán)股份有限公司（CN109733215A）提出一種公路動(dòng)態(tài)無(wú)線充電系統(tǒng)，系統(tǒng)控制層101用于對(duì)車載主控設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收轉(zhuǎn)發(fā)及遠(yuǎn)程控制，電源切換層102用于位置檢測(cè)及電源狀態(tài)切換控制，功率發(fā)射層103用于傳輸電能，支撐結(jié)構(gòu)層104用于支撐車輛負(fù)重。功率發(fā)射層103以預(yù)制件的結(jié)構(gòu)方式架空覆蓋安裝，采用定制的利茲線圈，能夠最大程度避免高頻所導(dǎo)致的趨膚效應(yīng)。功率發(fā)射線圈113安裝在高速公路路面上，每個(gè)功率發(fā)射線圈113采用單獨(dú)的電源供電，多個(gè)線圈構(gòu)成一組，每組之間并聯(lián)后按順序與光儲(chǔ)一體化微網(wǎng)相連接;傳感器112采用位置傳感器紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)，能夠準(zhǔn)確的定位車輛位置，并可以防止無(wú)線傳能過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)傳感器112帶來(lái)的干擾。支撐結(jié)構(gòu)層104采用鋁合金型材及電木絕緣板加工制作成支撐結(jié)構(gòu)平臺(tái)，平臺(tái)兩端設(shè)有緩沖制動(dòng)模塊，幫助移動(dòng)負(fù)載的減速制動(dòng)以及雙向運(yùn)行。

可見(jiàn)，許多公司和研發(fā)機(jī)構(gòu)已經(jīng)投入到無(wú)線充電公路的研究中來(lái)，無(wú)線充電公路即能為電動(dòng)汽車駕駛員帶來(lái)便利，也使電動(dòng)汽車更具有市場(chǎng)前景。但也可以看出，無(wú)線充電公路仍然有許多亟待解決的問(wèn)題需要去攻克，比如抗壓、防潮、降低安裝成本、提高充電效率等問(wèn)題。這既是挑戰(zhàn)，也使機(jī)遇，對(duì)于未來(lái)的公路智能化，這將是一個(gè)良好的開(kāi)端。

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