无线充电技术
为什么需要无线充电？
电动车无线充电技术（Wireless Power Transmission Technique，WPTT）在之前对比锂离子电池和燃料电池的结尾提到过。受到Okada教授的启发，同时也对他所描绘的未来图景很感兴趣，即在未来无线充电技术一定会大规模普及，无线充电网络覆盖几乎所有公路设施，到时候汽车在公路上可以实现边走边充电的效果，再也不用担心电动汽车续航里程短以及充电时间长的问题，同时对于锂离子电池能量密度不断提高的要求也不再愈演愈烈，电动汽车的安全性进一步提升。因此对这个技术做了一次简单的文献调研工作，主要是从技术层面和应用层面来分析。
什么是无线充电？
动力电池的充电方法包括接触式充电和无线充电两种。接触式充电就是大家通常所理解的采用插头与插座的金属接触来进行充电的方式。而无线充电（ Wireless Power Transmission, WPT）是以电磁场为媒介实现电能传递。对于电动汽车，即将变压器一次、二次绕组分置于车外和车内，通过高频磁场的耦合传输电能。与传统接触式充电相比，WPT使用方便，安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问题，并且可适应多种恶劣环境和天气。一般而言，WPT技术主要有两种，一种是车辆在静止不动的情况下进行充电，另一种是在车辆的行驶过程中进行充电。虽然前一种方式目前技术已经较为成熟，但是后者具备更大的应用潜力，通过移动过程中频繁充电可以大幅减少电动汽车配备的动力电池容量，减轻车体重量，提高能量的有效利用率。而减少动力电池容量可以降低电动汽车的初始购置成本，推进其进一步大规模的市场化。
2013年，世界上首条无线充电公交车车道在韩国建成，长约12公里的马路地底下部署了电缆，利用“形磁共振”技术实现充电，工作原理便是在路面形成20kHz频率的电磁场，公交车上配备了与之兼容的稳压器和逆变器，从而实现电能的产生。
无线充电技术都有哪些？
无线充电技术主要分为三种：电磁感应式WPT，电磁共振式WPT和微波WPT。
电磁感应式WPT—短程
电磁感应式WPT是基于电磁感应原理，利用一次、二次分离的变压器，在较近距离条件下进行无线电能传输的技术。目前较成熟的无线供电方式均采用该技术。然而，电磁感应式WPT仍存在一系列问题：传输距离较短（10cm内），距离增大时效率急剧下降；传输效率对非接触变压器的一次、二次的错位非常敏感等。
电磁共振式WPT—中程
电磁共振式WPT，是美国MIT Soljacic 领导的研究小组在2007年提出的突破性技术，其原理是使用两个固有谐振频率相等的铜绕组，在共振激励条件下（即激励频率等于绕组的固有谐振频率），距离2m处，成功点亮了一个60W的灯泡，其电能传输效率达到了40%。
相较之电磁感应技术，电磁共振无线充电技术优势主要表现为（1）电磁共振技术依据共振特性传输能源，损耗小，且传输距离大，一般会超过50厘米。（2）能量传输只存在于共振系统中，对系统外的其它物体不会产生影响，不存在异物进入气隙造成损害。（3）发射与接收线圈间的位置无需强制对应，在允许范围内可以出现位置偏移确保传输效率。
微波WPT—长程
所谓微波WPT，就是以微波（频率在300MHz–300GHz之间的电磁波）为载体在自由空间无线传输电磁能量的技术。利用微波源将电能转变为微波，由天线发射，经长距离的传播后再由天线接收，最后经微波整流器等重新转换为电能使用。这种技术出现的最早，大约在1960年就已经受到广泛关注，目前主要应用于如微波飞机、卫星太阳能电站等远距离输电场合。
目前，限制微波WPT技术进一步发展的主要技术瓶颈在于高效微波整流器件、大功率微波天线以及大功率微波电磁场的生物安全性和生态环境的影响问题。由于工作频率高、系统效率较低，微波WPT并不适合于电动汽车这种能量传输距离较短的应用场合。
三种无线充电方式的对比
| 方式 | 电磁感应式 | 电磁共振式 | 微波式 |
|---|---|---|---|
| 功率 | 30kw | 6kw | 1kw |
| 距离 | mm级 | m级 | km级 |
| 效率 | 80% | 50% | 38% |
无线充电对人体是否安全？
关于无线充电的辐射问题，东南大学和江苏省智能电网技术与重点装备实验室联合对电动汽车无线充电时的电磁环境及安全性进行了评估，此次评估选用一台采用磁共振无线充电的纯电动车，工作频率100kHz，功率3.5kW。实验结果显示，在进行无线充电时，车外的辐射指标要优于比车内，各项指标均低于ICNIRP（国际非电离辐射防护委员会）的公众标准，仅电流密度高于公众指标但低于职业指标，也符合ICNIRP的要求。根据高通发布的信息，旗下Halo车用无线充电系统在工作时的磁感应强度约为100μT，可以达到ICNIRP的相关标准。要知道，在进行手机通话时，手机的磁感应强度可以达到220μT。
可以看出，无线充电模组体积、功率与辐射水平并无关系，汽车无线充电不会对人体健康产生影响。
无线充电现在有哪些问题？
最大的难题是基础设施的建设成本。因为缺少基础设施，所以要将该项技术真正的运用到实际当中是很难的，目前也就只能运用在某些高端品牌的高端车型上。然而，就算电动汽车用户体验到了无线充电方式便利所在，但将其进行广泛的推广使用还是要看供应商的态度。要在公路或停车场建设无线充电，线圈必须在修建之前就埋到地下。这部分的推广工作前期需要大规模地资金投入，与燃料电池加氢站的建设一样，都是一笔大规模长周期的投资。
其他一些诸如充电效率低，缺少统一的技术标准之类的问题，相信技术成熟并且大规模推广后比较容易解决。
参考文献
- 曹玲玲,陈乾宏,任小永,阮新波.电动汽车高效率无线充电技术的研究进展[J].电工技术学报,2012,27(08):1-13.
- 郭维.电动汽车无线充电技术初探[J].军民两用技术与产品,2017,(10):30.
- 朱春波,姜金海,宋凯, 等.电动汽车动态无线充电关键技术研究进展[J].电力系统自动化,2017,(2):60-65,72.