电动汽车无线充电硬件方案设计

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1、无线充电概述

无线充电是电动汽车除快充、慢充、换电外的电动汽车动力电池补电方式，它与慢充的方式是非常相似的，主要区别是在于变压器的传递电能的方式发生了改变，车载充电的变压器都置于车内，而无线充电的变压器原、副边绕组分别置于车外和车内，通过高频磁场耦合来传输电能。



无线充电的电能传输主要包括电磁感应式充电、磁场共振充电和无线电波式充电三种方式。
电磁感应式：电流通过线圈，产生磁场，对附近的线圈产生感应电动势，产生电流。工作频率级别一般为KHz，相对的输出功率大、效率较高。该形式的无线充电需要特定的位置，才能精确充电，充电距离必须控制在0-10cm之间。

磁场共振式：发送端与接收端频率相同，通过共振效应，传输电能，可实现远距离充电，充电位置自由度高，但充电的效率不高。一般适合于中距离传输，关键的是电能传输不受空间非磁性障碍物的影响，在电动车汽车静态无线充电中优势更明显。由于磁场共振充电方式的稳定性好、能量转换效率高的特点，目前被采纳为最佳的汽车无线充电技术。

无线电波式：通过电磁波传输电能。小功率充电，充电位置不固定，充电时间长，效率低，传输距离长。
2、无线充电工作原理
无线充电的工作原理是将电能通过无线传输的方式向外发射，并在接收端接收能量转化为电能，从而实现电能的无线传输，并将电能存储到电池内实现充电。



无线充电的核心在于耦合线圈，发射线圈和接收线圈耦合进行能量传递，线圈通过无线的方式进行电能传输，发送线圈端由原级电能转换电路、补偿电路组成，接收线圈由补偿电路、电能转换电路组成，转换完成后给储能装置进行充电。



无线充电通过电网将电能传输到地面充电设备，地面充电设备与车端充电设备通过线圈耦合，将电能进行传递，给车辆动力电池充电。电网的交流电通过滤波、整流、PFC、逆变电路通过耦合线圈后，在车端无线充电装置中进行整流、DCDC电流升压，转换为动力电池的能量。车端控制器具有通讯、检测、定位等功能，地面端设备控制器具有定位、异物检测、活物检测等功能。控制器之间通过wifi或者蓝牙进行信号传递，车端控制器与VCU、BMS、仪表控制与显示充电的过程。



地面端与车端进行wifi连接后，进行车与无线充电装置的身份识别，充电握手连接，完成充电连接后，进入充电启动阶段，对车与无线充电桩的充电兼容性进行确认，确认电压及电流平台等信息，并开始异物、定位、活体检测，进行充电前的环境确认，完成充电启动状态后，进行充电传输，当达到充电截止的条件以及故障条件时，停止充电。



目前无线充电的功率按照功率等级不同分为3.7kW、7.4kW、11kW、及22kW，在工作范围内均能达到90%以上的系统效率。
3、无线充电的优势及劣势
优势：无人驾驶技术的飞速发展，使得无线充电成为刚需。无线充电技术与L3自动驾驶技术的融合，当车辆停在停车场入口处，开启自动驾驶寻找车位模式，找到车位后，通过远程控制的方式实现车辆无线充电，充满电后，等待驾驶员召唤。无线充电简单方便，即停即充，不需手动操作，没有线缆拖拽，大大提高了用户体验。安全可靠、方便、极致体验。

劣势：成本高，高于传统直流桩；电能损耗高于充电桩；电磁辐射是否有伤害性的不确定性；功率小，属于慢充的形式。
4、无线充电技术的硬件方案设计


耦合线圈将无线充电系统分为GA（地面部分）和VA（车载部分），这两部分之间没有电气上的物理连接。两者都有独立的数字控制电路，包含无线数据通信单元，分别称为地面、车载通信单元。地面、车载通信单元通过Wi-Fi、蓝牙等无线通信进行数据交互。地面、车载部分都包含单相全桥逆变/PWM整流电路。当动力电池充电时，地面部分的单相全桥逆变/PWM整流电路可以采用“移相控制”工作在逆变状态，而车载部分的单相全桥逆变/PWM整流电路工作在整流状态；当动力电池放电时，与之相反。

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关于电动汽车无线充电硬件方案设计，无线充电技术是一种新型的电动汽车动力电池补电方式。其基本原理是通过高频磁场耦合实现电能传输，主要包括电磁感应式充电、磁场共振充电和无线电波式充电三种方式。其中，电磁感应式充电具有输出功率大、效率高的特点，但需要特定位置精确充电，充电距离较短。针对此方案，建议深入研究高频磁场耦合技术，优化线圈设计及功率转换效率，同时考虑电磁辐射和安全性问题。无线充电硬件方案应确保高效稳定传输电能，提高充电距离和适应性，以适应不同电动汽车的需求。

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针对电动汽车无线充电硬件方案设计，我为您提供了专业回复如下：

无线充电作为一种新兴的汽车补能方式，具备多种技术优势，并广泛受到市场关注。方案设计中应综合考虑多种无线充电方式如电磁感应式、磁场共振和无线电波式充电等。其中电磁感应式充电因输出功率大、效率高而成为主流选择。设计时需关注硬件布局与安装精度，确保无线充电过程的精确性和稳定性。建议对车载变压器进行精细化设计，以提高电能传输效率并优化空间布局。同时，考虑无线充电的安全性、兼容性和未来发展趋势，确保方案具备可扩展性和前瞻性。以上仅为初步方案，具体设计需结合实际工程经验和用户需求进一步细化和优化。

关于电磁感应式的充电位置限制和距离限制，这是一种技术挑战，需要我们在后续的设计中进一步研究和优化。