磁感应无线充电在电动汽车上的应用第一部分

用于通过线圈传输电能的技术分为两类：第一类称为感应耦合，或称磁感应，或称电磁感应，这三个名称指的是同一种技术，在业界简称为 MI。此外，同样通过线圈传输能量的磁共振在业内被称为MR。MI无线充电技术已广泛应用于市面上的手持设备中，但采用MR技术的产品却很少见。MI技术和MR技术最大的区别在于阻抗匹配网络(IMN)的配置。MI技术没有IMN，因此其效率随着感应距离的增加而降低，而带有IMN的MR技术可以在距离变化的情况下通过IMN的调整来保持高效率。磁共振技术，

手机无线充电普及后，越来越多的人关注电动车充电是否也可以无线充电。许多制造商多年来一直在开发相关技术。电动汽车无线充电主要是以MR技术为核心开发的。电动汽车无线充电技术难以实现，主要有两大难点：感应距离远、用电量大;在大多数移动无线充电的应用实例中，感应距离在1厘米以内，车载无线充电的感应距离要求在20厘米左右。无线充电的最低功率要求是手机5W，电动汽车3KW;可以看出，无线充电在手机和电动汽车上的应用在规格上存在较大差距;因此，过去为了区分技术，有这样一种印象，即MI技术用于小功率手机的无线充电，而MR技术用于大功率电动汽车。

线圈尺寸决定感应距离

在实际应用中，MI和MR可以传输的距离和最大功率与线圈的大小有关。为便于理解，先将线圈设为圆形，感应距离以与圆形线圈直径的比例来评价。MI的最佳工作感应距离为直径的1/8。MR技术的效率在距离增加时可以通过IMN补偿技术来保持，但是当线圈直径超过1/2时效率太低。在线圈尺寸相同的情况下，感应距离在线圈直径的1/8~1/4范围内效率差异不明显。当距离超过线圈直径的1/4时，采用MI技术时效率会明显变差。只有高效率才能满足电动汽车的充电功率需求。手机无线充电一般效率为70%，接收功率为5W时会产生2W左右的损耗，大部分转化为散热。

当功率增加到3KW时，即使效率提高到90%，也会产生300W左右的损耗。这种损失会产生大量的热能，商业化需要额外的冷却解决方案成本。MI和MR技术的理想工作条件是线圈越大，感应距离越近越好。目前，大多数实用线圈的尺寸约为 60 厘米乘 80 厘米的矩形。如果设计距离为20cm，感应距离约为边长的1/4。在这样的感应距离下，没有IMN补偿技术的MI的传输效率与MR不会有太大的差异。IMN补偿技术可以在感应距离较长的情况下保持较好的传输效率，

MI易于生产且成本低，并且在针对线圈尺寸和感应距离进行优化时可以提供与MR相当的效率性能。最大传输功率取决于效率和散热系统之间的平衡。无线充电系统会因损耗而产生热能，发射功率越高，散发的热能就越多。系统的最大传输功率受限于冷却系统可以处理多少废热。

商业化所需的安全机制

安全机制是电动汽车应用中无线充电商业化的另一个关键。MI 和 MR 技术都通过线圈传输电磁能量。当金属物体吸收电磁能时，会产生加热反应。如果检测到传输线圈上有金属异物，安全机构将停止电力传输。技术难点是如何检测线圈上的金属异物，如何在送电前检测线圈上的金属异物，以及如何在送电过程中检测两个线圈之间侵入的金属异物。

60cm*80cm左右的矩形线圈用于电动汽车的无线充电，比手机无线充电的5cm*5cm左右的矩形线圈大一百多倍。手机无线充电产品中金属异物的检测难度很大。随着发射功率和感应距离的增加，需要解决技术难题才能准确检测较大线圈表面的金属异物。目前，制造商已经提出在大线圈的表面添加一层复杂的小线圈阵列。

这种设计可以有效地大面积检测金属异物，但在电力传输过程中无法检测到，这也增加了额外的成本。金属异物检测技术已在 MI 中得到发展。MI的感应范围比MR窄，但这个缺点有利于金属异物的防治。异物金属需要非常靠近线圈才能接收电磁能并发热;MI可以分析送电线圈上的信号进行金属异物检测，无需额外的检测硬件，成本低。