團隊介紹

華南理工大學電力電子系統分析與控制團隊現有教授、博士生導師4名，副教授2名，講師1名，博士7名，碩士研究生48名，團隊長期從事電力電子系統非線性分析及控制、無線電能傳輸技術、新能源高效電能變換、先進電氣傳動技術等方面研究。

課題組先后獲得2項國家自然科學基金重點項目、15項國家自然科學基金面上項目、1項國家重點研發計劃項目課題、1項國家科技支撐計劃、1項國家863項目、2項廣東省戰略性新興產業專項資金項目、2項粵港關鍵領域重點突破項目、1項廣東省自然科學基金團隊項目、2項廣東省自然科學基金重點項目、10項廣東省自然科學基金面上項目及1項廣東省重大攻關項目在內的30多個項目支持。

發表SCI、EI檢索論文700余篇，獲得美國專利授權3項，國內發明專利授權155項，國內實用新型專利授權294項。獲得國家技術發明二等獎1項、中國專利優秀獎3項、廣東省科技進步一等獎、中國機械工業科學技術發明一等獎1項、教育部技術發明二等獎1項、廣東省技術發明二等獎1項，以及其他省部級科學技術獎勵8項。

吳理豪，男，1994年生，博士研究生，主要從事無線電能傳輸機理及應用方面的研究。

張波，男，華南理工大學的二級教授，中達學者、國務院特殊津貼專家、廣東省丁穎科技獎獲得者、廣東省杰出發明人獎。現任中國電源學會副理事長、中國電工技術學會無線電能傳輸技術專業委員會副主任、廣東省電源學會理事長、廣東省電源行業協會副會長。主要從事新能源高效電能變換及無線電能傳輸技術的研究。

近年來先后主持過2項國家自然科學基金重點項目、4項國家自然科學基金面上項目、1項國家重點研發計劃項目課題、1項國家科技支撐計劃、1項國家863項目、1項廣東省戰略性新興產業專項資金項目、1項粵港關鍵領域重點突破項目、1項廣東省自然科學基金團隊項目、2項廣東省自然科學基金重點項目、2項廣東省自然科學基金面上項目及1項廣東省重大攻關項目在內的30多個項目。

在國際知名出版社Wiley、Springer、科學出版社出版英文專著6部、中文專著2部，在國內外重要刊物發表學術論文500多篇，其中SCI收錄130多篇，EI收錄230多篇；授權發明專利130項，其中美國發明專利3項；獲得國家技術發明二等獎1項、中國專利優秀獎3項、廣東省科技進步一等獎、中國機械工業科學技術發明一等獎1項、教育部技術發明二等獎1項、廣東省技術發明二等獎1項，以及其他省部級科學技術獎勵8項。

導語

本文分上、下兩篇，綜述了多年來國內外有關電動汽車靜態無線充電技術的主要研究成果。

• 上篇介紹了國內外科研機構和相關企業的研究情況以及產業的發展現狀，并對國內外電動汽車無線充電的相關標準以及電磁安全性研究的進展進行了論述，討論了電動汽車靜態無線充電技術在商業化過程中亟待解決的問題及今后產業的發展趨勢。
• 下篇針對電動汽車靜態無線充電的關鍵技術，從磁耦合機構、補償網絡、電力電子變換器以及系統建模與優化控制等方面進行了詳細分析，指出了現有電動汽車無線充電技術存在的問題，并對未來該領域的研究提出了相關建議。

研究背景

大力發展新能源電動汽車，能夠加快燃油替代，減少汽車尾氣排放，對保障能源安全、促進節能減排、防治大氣污染具有重要意義。但由于車載電池容量的限制，續航里程成為了制約新能源電動汽車發展的主要瓶頸。

傳統有線充電方式插拔時容易產生火花存在安全隱患、占地面積大、需要人工操作，而無線充電技術具有安全、便捷、智能等優點是電動汽車供電技術未來發展的趨勢之一。開展電動汽車無線充電技術的研究對加快電動汽車的推廣應用具有重要意義。

論文主要內容

上篇要點

① 電動汽車無線充電技術研究成果及產業現狀

本文從工作頻率、裝置尺寸、傳輸距離、偏移容忍度、效率和輸出功率等方面對近年來國內外主要科研機構和企業研發的電動汽車靜態無線充電系統的性能進行了評估與比較。

② 電動汽車無線充電標準

標準的制定對于電動汽車無線充電技術的實際應用和商業化具有至關重要的作用。本文詳細歸納了國內外關于電動汽車無線充電的相關標準。

③ 電磁安全性研究

電磁暴露關系到人體的健康，對系統進行電磁安全性評估必不可少，本文總結對比了國內外電磁暴露的安全限值，并綜述了國內外學者關于電動汽車無線充電系統對人體健康的影響和電磁屏蔽的研究。

下篇要點

① 磁耦合機構

磁耦合機構的研究主要側重在提高線圈之間耦合、提高抗偏移能力、減小線圈體積、減少成本等方面，本文對應用于電動汽車無線充電的各類型磁耦合機構的特性進行了概括與對比。

② 補償網絡

補償網絡的選擇需要考慮系統性能、負載特性、系統穩定性、抗干擾能力等幾方面的要求，本文深入分析了4種基本補償網絡和高階補償網絡的輸出特性，并給出了相應的工作條件。

③ 電力電子變換器

在工業應用場合，由于只能獲得工頻的交流電，功率變換器需要將其變換成幾十kHz的高頻交流電。本文系統歸納和比較了現有兩種實現方式（AC-DC-AC多級變換器和AC-AC單級變換器）的優缺點。

④ 系統建模與優化控制

論述了系統穩態模型和動態模型的建模方法和適用場合，并針對電動汽車無線充電時常見的負載變化、耦合系數變化、失諧等幾種狀況，對現有的系統優化與控制方法進行了總結。

結論

綜合國內外電動汽車靜態無線充電技術的研究現狀，可以看到：

① 在研究成果、商業化方面，目前國內外高校、科研機構對于電動汽車靜態無線充電系統的研發大多處于工程樣機階段，而各大企業側重在提供解決方案上，仍有不少問題尚待解決：

• 1）促進科研成果轉換。加強產學研的有機結合，充分利用各大高校、科研機構掌握的前沿核心技術，并發揮企業創新主體的作用；
• 2）完善標準制定。為產業發展提供基本保障、應用條件、推廣基礎和服務準則；
• 3）加強電磁安全性研究。深入研究高頻磁場對人體健康影響以及規避其對人體可能的危害。

② 在關鍵技術方面，已經得到了較為充分的研究，但仍有以下幾個方面需要進一步提高：

• 1）系統的抗偏移能力。目前主要是從磁耦合機構設計、閉環控制等技術層面上來提高系統的抗偏移能力，但改善效果有限，有必要從機理上尋求突破。
• 2）系統的環境敏感度。電動汽車無線充電應用場合較為復雜，系統內阻、諧振頻率等參數易受到影響，采用磁屏蔽等傳統方式，會增加系統成本與體積，需要進一步從原理上對系統抗諧振頻率等固有參數變化的能力進行研究；
• 3）系統結構的優化。傳統結構多是基于多級變換器，成本高、效率低，研究級聯數少高效的電力電子變換器，有利于系統性能的整體提升；
• 4）系統動態模型的建立與魯棒性控制。當前對于無線充電系統特性的分析與控制，大都是基于系統的穩態模型，對于系統暫態響應、非線性特性的分析還較為缺乏。

引用本文

吳理豪, 張波. 電動汽車靜態無線充電技術研究綜述（下篇）[J]. 電工技術學報, 2020, 35(8): 1662-1678. Wu Lihao, Zhang Bo. Overview of Static Wireless Charging Technology for Electric Vehicles：Part Ⅱ. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(8): 1662-1678.