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浅谈电动汽车无线充电体系及功能要求

无线充电简单方便,即停即充,不受恶劣气候条件的影响,不用担心人为破坏,大大提高了用户体验,更是自动驾驶汽车不可或缺的功能之一。随着电动汽车大

无线充电简略便利,即停即充,不受恶劣气候条件的影响,不必忧虑人为损坏,大大进步了用户体会,更是主动驾驶轿车不可或缺的功用之一。跟着电动轿车大规模遍及和无人驾驶技能的高速开展,感觉最近轿车无线充电开展显着加快。

一、体系组成

电动轿车的无线充电体系,基本上由电源盒、地上发射板、车载接纳板、车载操控器共4个部分组成。现在的无线充电主要是单向Grid to Vehicle(G2V)供电,今后必定开展为双向供电,即G2V + V2G。为便利起见,本文仍称之为“地上发射板”和“车载接纳板”。

无线充电的体系部件,不同厂商界说了不同的称号,Qualcomm称之为Power Supply Unit(PSU)、Base Pad (BP)、Vehicle Pad (VP)、Vehicle Control Unit (VCU)。Evatran称之为Control Panel, Parking Pad, Vehicle Adapter(包含线圈和操控器)。根据需要,地上部分和车载部分的线圈和操控器既能够做成分体式,也能够做成一体式。当时大部分体系是直流输出到电池,也有少部分是沟通输出到OBC。体系框图如下:

GA–Ground Assembly, 即地上发射板;VA–Vehicle Assemble, 即车载接纳板

无线充电属弱耦合体系,耦合系数 k≈0.1-0.4。标称作业频率85kHz,频率规模81.38-90kHz。

二、线圈结构

在无线充电体系中,常见线圈结构有CR、DD、及多线圈形(比方Bipolar)。CR结构是单一环形结构,能够绕制成圆形、椭圆形、或方形等;DD结构实际上是一条Liz线从一个线圈绕到另一个线圈;而Bipolar是由两个独立线圈部分堆叠而成。

比较传统的CR结构而言,DD结构更小、更轻、功率更高、方位敏感度低、互操作性更好。

如下图,Bipolar能够灵敏装备成大CR、小CR或DD形。我们不由要问,已然Bipolar如此完美,为什么使用不多呢?问题在于,线圈越多操控越杂乱,本钱及价格也越高,因此在产业化初期不会大规模使用。

三、电路拓扑

选用什么样的电路的拓扑,与线圈结构、功率等级、隔空空隙等规划需求有关。不同厂家都有自己共同规划,有的触及专利技能及知识产权。以下是两个典型示例:

四、功率及功率

WPT(Wireless Power Transfer)体系可划分为不同的功率等级。SAE J2954 TIR、IEC 61980 PT、及GB国标征求意见稿之间均有不同。以上规范均未正式发布,以下内容来自SAE J2954 TIR。

规范要求在最大输入功率时,体系功率高于85%;在左右误差±100mm、前后误差±75mm、上下误差?的情况下,不得低于80%。请注意:这是所说的功率是从沟通输入(1)到直流输出(2)的全体系功率。

功率是一个很杂乱的概念,哥以为至少与以下要素有关:1、方位对中,即X、Y方向的方位误差,但正中方位并不总是功率最高点;2、隔空空隙,高于或低于标称值,体系功率均会有所下降;3、方位转角,即车身相对三维坐标轴的转角误差,误差越大,功率越低;4、输出功率,一般来说随输出功率进步,功率会先升后降;5、作业温度,规划欠好的体系发热严峻,只能降额作业,因此开机运转一段时刻后功率就下降了;6、寿数阶段,跟着服务时刻的推移,电子元件会老化,参数产生漂移,假如体系主动调理才能有限也会影响体系功率。7、测验办法,我们都知道测验办法的重要性,办法不对测验成果难以令人信服……所以说,沉默不谈测验条件的所谓功率都是耍流氓!有人搭出一套体系,测了测好象功率还不错,所以便高调宣称自己的产品功率高达90%……So what?

五、异物检测

交变磁场中的金属物体,由于涡流热效应或磁滞损耗会发热。假如温度过高,在某些极点情况下会点燃充电板邻近的可燃物体。所以,异物检测因触及到产品安全性而显得尤为重要。许多厂家宣称自己的产品具有异物检测功用,但详细功用怎么尚不得而知。常见的金属异物有:

异物检测模块一般安装在地上发射板中。在主线圈之外,安置了矩阵式检测线圈。当有金属异物落于发射板上,会引起相应区域磁场的改变,而这个改变的磁场将被检测到。关于极小的金属物体,比方纸张上的订书订,这种办法一般很难检测到,只能经过约束磁感应强度来确保安全性。在平等功率条件下,DD形线圈比较CR形线圈磁感应强度低,因此安全性也更高。

六、活体维护

我们都比较忧虑无线充电体系的电磁辐射,由于电磁波看不见摸不到。在充电板和接纳板之间的区域,磁场强度是最大的。为了避免小动物,如猫、狗等,因长时间暴露在高强度电磁场中引发安排损害,有的厂家开宣布活体维护功用。当小动物挨近充电板时,体系检测到并中止充电;一旦小动物脱离,体系能及时康复充电功用。

七、定位功用

无线充电体系方位误差越小,体系功用越高。常用的定位办法有MV(Magnetic Vector)及LPE(Low Power Excitation)。MV是使用几组辅佐线圈经过磁场检测来完成的,VA上的X/Y两组辅佐线圈宣布120-140kHz的电磁波,GA上的三组X/Y/Z线圈用来检测信号,理论作业规模达5m。LPE是复用功率线圈来完成定位功用,由GA发射,VA接纳,作业规模在1m以内。比较MV方法,LPE精度低,但本钱优胜显着。

八、互操作性

互操作不只要求不同类型线圈之间能正常匹配,还要求不同功率等级、不同离地空隙的无线充电体系能向下兼容。规范都有相应规则。

九、EMC(Electromagnetic Compatibility)

同其它任何轿车电子零部件相同,无线充电体系都要契合Vehicle Level及Component Level的EMC要求。

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