随着环境保护意识的增强 , 新能源汽 车在市场上获得了更多人的关注和支持。人 们更加重视汽车使用过程中的人性化和智能 化，有线充电过程中易产生火花、漏电引起 安全隐患、充电桩有限不能满足多辆车充电 等问题在无线充电技术中能够得到有效的解 决，充电时间快，充电距离远、范围广的无 线充电技术成为研究的重心，无线充电技术 的安全性和稳定性更加符合未来汽车行业的 发展方向。

　　在无线电能充电系统的研究领域中，目 前使用最多的无线充电技术有 3 种 : 电磁感 应式、无线电波式、磁场共振式。

　　1) 电磁感应式

　　最为常见的无线充电方式是利用电磁感 应原理，在发送端和接收端各有一个线圈， 将一定频率的交流电加在初级线圈上，通过 电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从 而将能量从传输端转移到接收端。

 

图 1 电磁感应无线充电原理示意图

　　2) 无线电波式

　　无线电波传输技术以微波为载体进行电 能传输，电能通过电路调整后以微波的形式 从发射天线发出，经接收天线接收，再经过 整流滤波等电路转换成电能存储在电池中。

　　3) 磁场共振式

　　磁场共振式无线充电技术利用“磁耦合 共振”原理来实现，由能量发送装置和能量 接收装置组成， 当两个装置调整到相同频率 , 它们就可以交换彼此的能量。

　　该技术基本过程是电源将电能输送到处 理电路中，高频逆变成一定频率的信号输送 至发射线圈，发射线圈自谐振频率与系统频 率相同时，发射线圈电流最大 , 产生的磁场 最强，如果接收线圈有相同的自谐振频率， 发射线圈和接收线圈通过耦合磁场进行共 振，接收线圈接收信号，再通过整流滤波成 电能送入电池进行储存。

 

图 2 磁共振无线充电原理示意图

　　总体来说， 三种无线充电技术比较情况如下：

　　表 1 三种常见无线充电技术特点比较

 

　　目前已经在用的汽车无线充电系统，基 本是由电源盒、地面发射板、车载接收板、 车载控制器四个部分组成。目前无线充电主 要是采取单 向 Grid to Vehicle(G2V) 供 电 的模式，未来可能会有双向供电模式，即 G2V+V2G。

1.供电组件；2. 导线；3. 充电板；4. 电磁波；5. 车载接收板；6. 车载控制器；7. 电池组

图 3 目前新能源汽车无线充电系统示意图

　　但是，该系统由于车辆底盘与地面距离 过长、驾驶员无法将车停在精确位置等因素，导致现有的充电效率较低， 无法大规模应用。

　　近日，中科院力学所柔性结构与器件力 学课题组提出了一种可伸缩的无线功率传输(SWPT)系统，它由轻薄且可拉伸的电感 耦合线圈组成，整个电路结构设计为蛇形，可以通过伸缩调节为任何型号的汽车充电。 研究团队分别利用 SWPT 系统对两辆不同车 型的车进行无线充电，通过实验验证其充电 效率仍然可以保持稳定。本研究为开发可伸 缩、通用、高性能的无线电能传输系统开辟 了一条新的途径。

 

图 4 充电效率对比

　　SWPT 系统主要包括接收和发射两个线 圈：接收线圈集成在车顶，由于其轻薄可拉 伸，所以可以匹配各种车型；发射线圈悬挂 在汽车上方，自由运动以达到对准和距离控 制的目的，减少漏磁，提高充电效率。该系 统安装在车顶，便于清洗，避免其他杂物干 扰，提高充电安全性。

图 5 SWPT 系统示意图：车顶安装、避免干扰、提高充电安全性

　　该系统的好处在于，感应式无线电能传 输系统一般会引起集肤效应，大量电流集中 在线圈的导线表面，导致电流密度低、电阻 升高。本设计采用多股蛇形铜导线，以减少 集肤效应影响，提高传输性能。同时分析了 在不同股数、中心角、半径、宽度、间距、 长度、传输距离等参数的变化下，对线圈力苏业旺，研究员，博士生导 师，中国科学院大学岗位教授。清华 大学博士， 美国西北大学博士后、 研究助理教授。已发表 SCI 论文 70 余篇，SCI 引用 6000 多次， 申请专利 30 余项，主要研究方 向为柔性结构与器件力学。学拉伸性能、电阻和传输效率的影响，并给 出了优化方向。

图 6 线圈不同设计参数及效能分析

　　总体来说，无线充电技术在新能源汽车 充电中具有重要的优势，但在技术方面仍旧 存在着很多难点，包括如何进一步提高传输 效率、优化线圈；充电过程中磁场对人体是 否会产生安全隐患；柔性线圈是否能够通过 政策进行大批量推广等问题。相信不久的将 来，无线充电技术能够成熟运用在新能源汽 车上，给人类发展带来福音。

 

　　郭亮，工程师，中科院力学 所硕士，2018 年加入非线性国家 重点实验室，主要研究方向为柔 性电子技术与皮肤作用关系、悬 浮背负系统等。近 2 年发表 SCI 论文 5 篇，授权专利 1 项。