无线充电技术在电动汽车上的发展现状及趋势
范天骋张越陆一凡
摘要：如今电动汽车在市场上占比不断提升，国家各项政策也使得电动汽车产业高速发展。电动汽车的续航能力问题也随之出现。本文介绍了三种主要的无线充电技术，分析了国内外车企和制造商的无线充电技术发展现状，概述了动态无线充电技术在电动车上的最新成果。最后分析了无线充电技术在电动汽车方面的未来发展趋势。
关键词：电动车基本原理无线充电实际运用发展趋势
2022年4月，国务院发布了《关于进一步释放消费潜力促进消费持续恢复的意见》[1]。其中的大力发展绿色消费提到提倡绿色出行，推动公共服务汽车电动化，同时支持新能源汽车快速发展。而当今电动汽车给人们带来的“路程困扰”是减缓其发展的一大因素。造成此问题的主要原因还是在于当前技术阶段所能制造的电池的能量密度提升缓慢，从而使电动汽车可行驶路程不高，换电技术也因价格比较昂贵而得不到普及，给消费者带来了很大的麻烦。在以现有科技无法对电池能量密度进行改进的情况下，想要解决“里程困扰”的最好方法还是进行间接充电模式，以此来达到解决电动汽车里程较短，而无线充电技术就是时代与科技高速发展下的选择。
对于汽车电池来说，充电方法一般可以划分为直接接触充电的形式和无线充电的形式[2]。无线充电或无线供电技术是一种以无线电波或者电磁场为载体在自由的空间中对动力电池进行充电的技术。相较于之前广泛使用的直接接触技术的充电，无线充电技术不仅仅可以减少甚至省去在电源电线等直接连接装置的费用，也可以巧妙的避免使用过程中需反复拔插电线而出现的磨损或触电的情况，将自由、便捷和安全等多个特性运用到电能传输之中。无线充电技术具备传输能量时的高适应性，高可靠性和高安全性等特点，并且不会被外在环境的变化所影响，能够满足如今城市高速发展当中人们对于汽车充电时的需求。
2无线充电技术的介绍
无线充电技术依照工作原理可以将其划分为[3]：（1）利用电磁感应原理而制成的具备短距离大功率传输能力的感应式无线充电设备；（2）在非辐射交变磁场的耦合研究基础之上而研发出的中距离无线充电技术；（3）将电能转化为以频率约为300MHZ到300GHZ之内的电磁波为载体，并以微波的形式发送给用电设备的接受天线，再经后期处理（微波整流）来达到远距离无线充电的目的[4]。
2.1电磁感应式无线充电技术基本原理
电磁感应式无线充电技术的开发基础为电磁感应原理[5]，其运作方式为当分别在车内和车外的一、二次的变压器在距离较近的情况下是，可以实现非接触情况下传输电能的能力。其特点是该技术为目前比较成熟的无线充电方式，并且有很大的适应度。
2.2磁耦合式无线充电技术基本原理
磁耦合式无线充电技术是目前各大厂商普遍选择的无线充电技术[6]。其原理为发电厂的电能以电功率的形式在车内外的一、二次感应线圈之间，以磁场耦合的方式来进行输送。该技术最大的特点为可以以更高的频率进行能量输送。
2.3微波式无线充电技术基本原理
微波式无线充电技术与其他方式的无线充电技术相比，有更远的传输距离[8]。其原理利用的类似卫星的接受原理，将电能转化为微波，由发射端的天线发射，再由汽车内的接收端天线接受。但以目前的发展水平，微波式无线充电技术存在较高工作频率区间和对设备要求严格的特性并且系统的电能转换效率也仅为38%，所以微波技术的传输距离较长的特性在电动汽车这种传输较短的场合并不适用。
3车企发展现状
随着电子零部件性能的快速提高[9]，尤其是充電功率不断上升使得越来越的汽车制造商将无线充电纳入到自己的产品之中，并且随着集成化程度的提高，无线充电技术也在小型家用汽车当中开始运用。
早在2018年，世界上第一款无线充电的量产车型就由宝马公司所制造。旗下的530eiperformance车型也成了第一批无线充电车型，共取得了一千多台的订单。在车辆靠近无线充电设备时，系统会自动打开位于底部的摄像头，方便驾驶员进行定位。该车型搭配的无线充电设备充电是可使效率达到85%并且功率达到3.2kw，可以将容量为9.4kwh的高压电池组在3.5小时充满，同时，该系统也装备了如物体探测和生物保护等功能。
德国大众集团为了研发全新的汽车无线充电技术，在2021年和美国田纳西大学诺斯维克分校以及橡树岭国家实验室开展了合作[10]。据了解，该新型技术的雏形为保时捷Taycan车型上的高功率无线充电技术。该合作的重点为将把原有的充电桩式有线充电改造成300KW的无线充电方式，测试表明该技术成功在10分钟内完成Taycan电池充量的80%。
2021年10月，一份来自丰田的电动皮卡的部门的专利受到广泛关注，其专利的研究方向并非通常的充电设备对电动汽车进行无线充电，而是在两辆行驶的汽车当中进行电能的传输，当一辆汽车电量不足时，另一辆汽车的车主只要