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无线电能传输系统研究的国内外文献综述

1.1国外研究现状

新西兰奥克兰大学是无线充电技术研究领域的鼻祖，该大学率先提出了电动汽车感应式无线充电技术，他们联合德国康稳公司，研发了世界上第一台输出功率为30kW的无线充电大巴。同时，一列功率为100kW，轨道长为400m的无线供电列车样机也被研发出来[1]。2000年，该大学的J.T.Boys教授团队提出了一种客车设计方案，该客车无线充电的传输功率为17kW。在2013年，该团队对2kW的平板式耦合机构方案不断进行改进，在磁场的覆盖面积和偏移裕度进行优化，因为减少了用铜量，使制造成本大幅降低[2]。在应用领域上，这款充电平板可以同时进行静态和动态两种方式进行无线充电[3]、[4]。

随后日本也开展研究，实现小距离大功率传输的装置。在2011年，日本埼玉大学设计出H型耦合机构的方案，在距离7cm的条件下实现输出功率为1.5～3.0kW[5]。同年，日本东京大学综合运用了纽曼公式来研究圆形线圈，研究频率分裂的技术难题，指出影响频率分裂的影响因素，并且优化了传输距离。

2012年，美国的犹他州立大学（UtahStateUniversity）的HunterH.Wu教授团队设计出一种更大功率的平板式磁耦合元器件，其传输功率接近5kW，传输效率更是超过90%[6]。2015年，密歇根大学-迪尔伯恩校区（UniversityofMichigan-Dearborn）ChrisMi教授团队提出了一种紧密式的耦合机构，在工作频率为95kHz的条件下，实现了5.6kW的功率传输，最大效率可达95.36%[7]。次年，一套无磁性材料的无线充电系统由该团队研发出来，在工作频率1MHz的条件下，传输功率3.3kW，并实现了95%以上的传输效率[8]。

2014年，韩国科学技术院Chi-HyungAhn和Gun-WooMoon等人提出了三线圈的设计思路，大大增加了传输效率。该设计在距离20cm、输出功率6.6kW时，传输效率达到了95.57%[9]。随后又改进了原三线圈系统，提出四线圈的系统设计，使传输效率再次提高，在传输距离20cm、输出功率为3.3kW系统传输效率可以达到96.56%[10]，在传输效率的研究上有了重大突破。

各个汽车生产公司也在无线充电领域展开竞争。2007年，MIT的研究团队组建的Witricity提出了磁耦合谐振式的无线充电方式，并与本田、丰田、日产等多家汽车公司合作，开发了WiT-3300平板式无线充电系统，传输功率3.3kW的情况下，传输效率可达90%，充电间距为100～200mm的范围内[11]。

宝马i8系列车型的无线充电技术来源于高通（Qualcomm）公司推出的Halo无线充电产品，该产品采用DD型的充电平板，在频率为20kHz时实现了3～20kW的大功率传输。

日产Leaf和雪佛兰ChevyVolt两款车型的无线充电装置和自动泊车技术来源于博世（Bosch）与美国Evatran公司合作研发的PluglessL2WPT系统[12]。

1.2国内研究现状

国内也对无线电能传输领域进行了大量的实验与研究，研究主力军集中在国内各大高校以及研究所。关于无线电能传输技术的学术会议也在全国各地举办。2011年10月，“无线电能传输关键技术问题与应用前景”学术沙龙在天津工业大学首次举办；2012年，“无线电能传输技术研讨会”在重庆举办；2015年，“无线电能传输技术及应用学术会在武汉举办[13]。?

国内最早从事无线充电技术研究高校及研究所的主要包括东南大学、天津工业大学、重庆大学、中科院电工所、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、华南理工大学、江南大学等。国内从事电动汽车无线充电的企业主要包括中兴、比亚迪、厦门新页科技、海尔集团、中惠创智等[14]。

天津工业大学杨庆新教授带领的团队无线电能传输领域的研究有很多突破。国内第一次无线电能传输学术会议“无线电能传输关键技术问题与应用前景”学术沙龙于2011年在天津工业大学举办，国内第一部关于无线电能传输技术的学术专著《无线电能传输技术及其应用》于2014年出版。他们团队根据任意空间中两空心线圈耦合系数与方向的关系，提出了WPT系统在过耦合、临界耦合、欠耦合三种状态的方向特性[15]。2016年该团队针对谐振式WPT系统中，频率偏移对负载接收电能的最大效率和最大功率点的影响进行了深入研究，并给出了系统输出功率和传输效率的计算方法，指出在过耦合范围内，频率分裂会导致最大功率点的工作频率和最大效率点的工作频率不一致[16]。2017年，该团队针对电动汽车无线充电的电磁环境安全性问题展开了研究，利用有限元电磁仿真软件建立了电动汽车无线充电时人体的电磁环境模型，分析了人体不同器官在该电磁环境下的