论文部分内容阅读
摘 要：新能源汽车充电技术备受关注，针对新能源汽车低温充放电技术重难点及解决措施展开研究。通过了解新能源汽车低温充放电技术的应用现状，发现在电磁感应式技术、磁场共振式技术上，存在不同的难点。针对电磁感应式技术存在的难点，通过强化耦合系数的稳定程度，使谐振电路正常工作，控制干扰影响;针对磁场共振式技术存在的难点，通过增加充电距离，实现磁场共振技术的高效率传输。为新能源汽车低温充放电技术的发展提供新方向。
关键词：新能源汽车 充电技术 低温充电 电动汽车
Research on Key Difficulties and Solutions of Low-temperature Charging and Discharging Technology for New Energy Vehicles
Chen Song
Abstract：New energy vehicle charging technology has attracted much attention， and research has been carried out on the major difficulties and solutions of low-temperature charging and discharging technology for new energy vehicles. By understanding the application status of low-temperature charging and discharging technology for new energy vehicles， it is found that there are different difficulties in electromagnetic induction technology and magnetic field resonance technology. Aiming at the difficulties of electromagnetic induction technology， by strengthening the stability of the coupling coefficient， the resonant circuit can work normally and controlling the influence of interference; for the difficulties of magnetic resonance technology， by increasing the charging distance， high efficiency transmission of magnetic resonance technology can be realized. Provide a new direction for the development of low-temperature charge and discharge technology for new energy vehicles.
Key words：new energy vehicles， charging technology， low temperature charging， electric vehicles
1 引言
伴随着新能源汽车的发展，大众对其越来越关注。汽车厂商和国内外政府，消费者等对新能源汽车的发展基本已经形成了共识，寻找最适合的新能源汽车能源供给方式，也是各国正在努力的重要方向。新能源汽车的充电方式划分为，传统的有线充电，以及新型的无线充电两种，此外还有一种电池充电的方式（适用率偏低）。新型的无线充电模式，主要为电磁感应式，以及磁场共振式充电技术。
2 新能源汽车低温充电技术概况
新能源汽车从其技术状态和驱动的原理来讲。充电传输技术主要可以分为，传统有线输电技术和新型无线输出，有线电力的传输也可以分为感应式的电磁传输和感应式的磁场共振。与传统的有线输电技术相比，无線能量传输技术具有灵活方便、电气隔离、环境适应性强、易维护等优点。随着新能源汽车的普及，长途旅游客车实现了电力和续航的转化。其中由于公交汽车每天持续行驶的时间长，公交汽车驾驶员可以在每日开始运营前，去固定的续航站点进行续航，此举为他们节省了更多的时间和空闲。汽车也可以静止或停放在特殊地点。例如，路边的停车场。普遍存在的充电技术主要是静态充电技术，但对于城市轨道和大客车而言，正常交通运营所需用的电量很多，一次性充电已经无法满足它们的需求。因此，动态充电的重要性就凸显出来。能够在汽车行驶过程中，从地面上获取出一定量的电能，并将其反馈回到车体和电池上，达到对于车辆的续航。从而使其在很大程度上节省了静止停车和充电的时间，并且有利于提高企业的营运效率。动态充电技术的优点就是与无线通讯技术等多种科学技术相结合。电动汽车静态无线充电仍然存有不少问题等待解决，需要进一步加强电磁安全性能的研究，对于新能源汽车无线技术的推广，其安全问题也是大众关注的焦点问题。应针对高频磁场对人身体健康影响，进一步深入研究[1]。电动汽车能够有效解决，当今社会污染环境、能源危机等问题。制约其发展的主要方向是较短的续航里程[2]。
3 新能源汽车低温充电技术重难点
3.1 电磁感应式难点
相比传统的接触式充电，电磁感应式，是一种新型的无线充电技术。在我们的生活中都能见得到，例如智能手机，都是使用无线充电技术的产品。大多数采用的都是电磁性感应技术。无线充电独特的功能和特点，方便、美观。其核心思想主要是通过微波载体，为电磁能量进行传输，电磁感应充电方式的主要工作原理之一就是，在发射端与接收端两边都设置有一个线圈，分别称为原边线圈和一个副边线圈。发射端与接收机构构成一个隔离式变压器。通过交变磁场，当发射端增加一个电流时，接收端也就会产生一个不断变化的电磁场。负载功率小是这种技术的基本要求，当然这种技术也可能存在着缺陷，其中距离增大方面存在的问题较为显著，距离增大的过程中就会出现一种使得磁场衰弱的过程，如果停车位置与之有所不同，会直接导致数据传输过程中会出现误差问题，影响用电。电磁感应式充电的使用频率范围是22MHz，输出功率为30KW，传送距离为100/mm，充电效率为92%，辐射处于安全范围以内[3]。对位置的敏感度较高，这一问题是目前最受关注的问题。如何把握偏差控制，满足高效充电。无线充电设备的工作原理，是因为电磁场的互相转换导致。所以其安全问题是高度关注的问题。提出通过电磁屏蔽的方式，进行抑制减少设备对人体的危害。无线技术为我们生活带来便利，因技术的不成熟，存在着很多不足，所以并没有得到大众的认可[4]。 3.2 磁场共振式难点
磁场共振式的充电原理，与电磁感应式有很大相同点。磁场共振式的原边线圈和副边线圈使用相同的共振周波，将发射端与接收端线圈的频率设为相同的值，在接收端产生电流，完成电的运输。磁场共振相比电磁感应，其输出功率降低了，只要两个是在相同频率上产生振荡，就可以进行能量交换。传输的距离也变长了，并且充电效率提高了。可以实现短几厘米到长几米，距离的能量传输。使用密封结构，对能量的发射端和接收端进行密封，对于恶劣天气，例如雨天、雪天等，也可以进行安全充电。磁场共振式方法的优势是，对线圈位置精准要求不高，有所误差情况下，也可满足充电需求。磁场共振式方法的劣势是，相对比来说，这种充电方式的损失耗能大。其使用频率范围是13.56MHz，输出功率为1KW，传送距离为4m，充电效率95%。其辐射处于安全区域范围以内。相比另外一种采用电场耦合的充电模式更加适合电动汽车的充电续航。采用电场耦合的方式是在发射端中和接收端中，原边的线圈和副边的线圈都被设置为相同的电极。传输电能通过原边和副边线圈的电场进行传输电能。而这种技术的发展，有很多弊端，并不成熟。这种技术用到的原理是热效应。因能量利用率低，不适合大功率传输工作，导致这项技术所用不多[5]。
4 研究充电技术重难点的解决措施
4.1 控制干扰影响
由于电磁波感应充电所能达到的最大距离为两点七米，且距离较近，因此研究电磁波感应充电存在的问题发现其适用范围有限。根据研究发现，频带参数可改善充电距离上的弊端。线圈谐振频率的增高程度上，一定范围内线圈直径增加，距离也就越来越远，在作用上便会引起更大程度的牵引。例如在提高距离方面改善了效果问题。分析它在成分和频率上存在的问题，一定程度提高了它的使用性能，也就是使得频率和宽度合理许多。耦合系数不稳定会造成谐振电路产生干扰问题。然后就要对感应到的电压作出一个适当的调整，再给正反方向的负载提供电源。对于被感应到的电压和受阻值，息息相关的因素就是电能的接收端。通过使用调谐技术实现对电能的接收端操作，获得自己电阻的改变。调节该技术共振频率，电流和输出电压。在电容量方面，要相对较少地使用，来实现更多的电容值。在接入和断开电容这一程序上，此技术还存在着不可避免的问题，并且在调节电压电流方面也受到一定程度上的影响。对此，可能出现的情况：无法供应电能，或者电能方面达不到负载要求。以上叙述弥补因为充电距离而带来的不便，实现充电效率的提高。期望此技术在未来使用中，为无线充电技术发挥重要作用，攻克新能源汽车无线充电的重要问题[6]。
4.2 增加充电距离
对于磁场共振式而言，想要实现高效率的传输，可以通过谐振电路模型，将发射以及接收装置进行等效。其中电能由信号源提供给发射装置。通过研究干扰源发现，负载干扰，也称为无源干扰源，它是指一种没有源头的干扰源，这一问题是无线电力传输过程中的重难点，在操作过程中很容易受到干扰，究其原因，电力传输系统中，存在着多个具有干扰功能的电子程序[7]。而另一种有源干扰源，在某种程度上外部磁场也受到一定的影响。此影响主要由于磁场对整个系统效率的影响。针对无线传输原理进行了研究，发现并提出了以下几种可以解决这一问题的技术和方案，在技术上我们可以通过空间磁分离技术，进行信号隔离，隔离信号的传递能力与干扰源之间的电磁相互兼容，有效地减少了电源和输电系统，防止外界干扰因素。并对其进行了一个系统的技术培训。因为对于外部电磁波屏蔽，也阻挡了外部电磁波所产生的外部效应[8]。
5 结束语
针对无线充电技术在新能源汽车上的问题，本文对电磁感应式充电技术、磁场共振技术等无线充电技术进行了研究。发现其存在的问题并提出解决措施。从长远看，每种充电方式，都各自存在着难以解决的技术难题。而随着新能源汽车的发展，以及技术上的进步，将无线充电技术作为研究重点。以期达到针对不同的电动汽车、不同的需求制定出完善合理的充电方案。
参考文献：
[1]叶明， 余昊， 朱红，等. 新能源汽车低温充电策略的研究[J]. 电源技术， 2019， 043（010）：1662-1664，1693.
[2]李靖. 新能源汽车关键技术及其难点分析[J]. 内燃机与配件， 2019， 000（005）：230-231.
[3]朱建功， 孫泽昌， 魏学哲，等. 车用锂离子电池低温特性与加热方法研究进展[J].汽车工程，2019， 41（05）：95-105+113.
[4]吴怡澜， 王竹青. 新能源汽车发展主要障碍及其解决思路的探索[J]. 工程技术研究， 2018， 000（010）：237-238.
[5]陈沛， 王小林. 新能源汽车维修技术探析[J]. 汽车世界， 2019， 000（013）：P.99-99.
[6]姚朝华， 张伟， 顾民，等. 电动汽车低温充电方法研究[J]. 时代汽车， 2018， 000（009）：55-56.
[7]周道辉， 苑品德， 辛明. 纯电动汽车动力电池低温加热方法的研究[J]. 汽车电器， 2018， 000（011）：15-17.
[8]戴文旭， 施轶. 新能源汽车动力电池锂沉积现象研究[J]. 上海汽车， 2020， No.353（01）：5-12.
作者简介：陈松：（1985.12—），男，汉族，四川安岳人，本科，讲师。研究方向：智能制造、新能源汽车技术。
关键词：新能源汽车 充电技术 低温充电 电动汽车
Research on Key Difficulties and Solutions of Low-temperature Charging and Discharging Technology for New Energy Vehicles
Chen Song
Abstract：New energy vehicle charging technology has attracted much attention， and research has been carried out on the major difficulties and solutions of low-temperature charging and discharging technology for new energy vehicles. By understanding the application status of low-temperature charging and discharging technology for new energy vehicles， it is found that there are different difficulties in electromagnetic induction technology and magnetic field resonance technology. Aiming at the difficulties of electromagnetic induction technology， by strengthening the stability of the coupling coefficient， the resonant circuit can work normally and controlling the influence of interference; for the difficulties of magnetic resonance technology， by increasing the charging distance， high efficiency transmission of magnetic resonance technology can be realized. Provide a new direction for the development of low-temperature charge and discharge technology for new energy vehicles.
Key words：new energy vehicles， charging technology， low temperature charging， electric vehicles
1 引言
伴随着新能源汽车的发展，大众对其越来越关注。汽车厂商和国内外政府，消费者等对新能源汽车的发展基本已经形成了共识，寻找最适合的新能源汽车能源供给方式，也是各国正在努力的重要方向。新能源汽车的充电方式划分为，传统的有线充电，以及新型的无线充电两种，此外还有一种电池充电的方式（适用率偏低）。新型的无线充电模式，主要为电磁感应式，以及磁场共振式充电技术。
2 新能源汽车低温充电技术概况
新能源汽车从其技术状态和驱动的原理来讲。充电传输技术主要可以分为，传统有线输电技术和新型无线输出，有线电力的传输也可以分为感应式的电磁传输和感应式的磁场共振。与传统的有线输电技术相比，无線能量传输技术具有灵活方便、电气隔离、环境适应性强、易维护等优点。随着新能源汽车的普及，长途旅游客车实现了电力和续航的转化。其中由于公交汽车每天持续行驶的时间长，公交汽车驾驶员可以在每日开始运营前，去固定的续航站点进行续航，此举为他们节省了更多的时间和空闲。汽车也可以静止或停放在特殊地点。例如，路边的停车场。普遍存在的充电技术主要是静态充电技术，但对于城市轨道和大客车而言，正常交通运营所需用的电量很多，一次性充电已经无法满足它们的需求。因此，动态充电的重要性就凸显出来。能够在汽车行驶过程中，从地面上获取出一定量的电能，并将其反馈回到车体和电池上，达到对于车辆的续航。从而使其在很大程度上节省了静止停车和充电的时间，并且有利于提高企业的营运效率。动态充电技术的优点就是与无线通讯技术等多种科学技术相结合。电动汽车静态无线充电仍然存有不少问题等待解决，需要进一步加强电磁安全性能的研究，对于新能源汽车无线技术的推广，其安全问题也是大众关注的焦点问题。应针对高频磁场对人身体健康影响，进一步深入研究[1]。电动汽车能够有效解决，当今社会污染环境、能源危机等问题。制约其发展的主要方向是较短的续航里程[2]。
3 新能源汽车低温充电技术重难点
3.1 电磁感应式难点
相比传统的接触式充电，电磁感应式，是一种新型的无线充电技术。在我们的生活中都能见得到，例如智能手机，都是使用无线充电技术的产品。大多数采用的都是电磁性感应技术。无线充电独特的功能和特点，方便、美观。其核心思想主要是通过微波载体，为电磁能量进行传输，电磁感应充电方式的主要工作原理之一就是，在发射端与接收端两边都设置有一个线圈，分别称为原边线圈和一个副边线圈。发射端与接收机构构成一个隔离式变压器。通过交变磁场，当发射端增加一个电流时，接收端也就会产生一个不断变化的电磁场。负载功率小是这种技术的基本要求，当然这种技术也可能存在着缺陷，其中距离增大方面存在的问题较为显著，距离增大的过程中就会出现一种使得磁场衰弱的过程，如果停车位置与之有所不同，会直接导致数据传输过程中会出现误差问题，影响用电。电磁感应式充电的使用频率范围是22MHz，输出功率为30KW，传送距离为100/mm，充电效率为92%，辐射处于安全范围以内[3]。对位置的敏感度较高，这一问题是目前最受关注的问题。如何把握偏差控制，满足高效充电。无线充电设备的工作原理，是因为电磁场的互相转换导致。所以其安全问题是高度关注的问题。提出通过电磁屏蔽的方式，进行抑制减少设备对人体的危害。无线技术为我们生活带来便利，因技术的不成熟，存在着很多不足，所以并没有得到大众的认可[4]。 3.2 磁场共振式难点
磁场共振式的充电原理，与电磁感应式有很大相同点。磁场共振式的原边线圈和副边线圈使用相同的共振周波，将发射端与接收端线圈的频率设为相同的值，在接收端产生电流，完成电的运输。磁场共振相比电磁感应，其输出功率降低了，只要两个是在相同频率上产生振荡，就可以进行能量交换。传输的距离也变长了，并且充电效率提高了。可以实现短几厘米到长几米，距离的能量传输。使用密封结构，对能量的发射端和接收端进行密封，对于恶劣天气，例如雨天、雪天等，也可以进行安全充电。磁场共振式方法的优势是，对线圈位置精准要求不高，有所误差情况下，也可满足充电需求。磁场共振式方法的劣势是，相对比来说，这种充电方式的损失耗能大。其使用频率范围是13.56MHz，输出功率为1KW，传送距离为4m，充电效率95%。其辐射处于安全区域范围以内。相比另外一种采用电场耦合的充电模式更加适合电动汽车的充电续航。采用电场耦合的方式是在发射端中和接收端中，原边的线圈和副边的线圈都被设置为相同的电极。传输电能通过原边和副边线圈的电场进行传输电能。而这种技术的发展，有很多弊端，并不成熟。这种技术用到的原理是热效应。因能量利用率低，不适合大功率传输工作，导致这项技术所用不多[5]。
4 研究充电技术重难点的解决措施
4.1 控制干扰影响
由于电磁波感应充电所能达到的最大距离为两点七米，且距离较近，因此研究电磁波感应充电存在的问题发现其适用范围有限。根据研究发现，频带参数可改善充电距离上的弊端。线圈谐振频率的增高程度上，一定范围内线圈直径增加，距离也就越来越远，在作用上便会引起更大程度的牵引。例如在提高距离方面改善了效果问题。分析它在成分和频率上存在的问题，一定程度提高了它的使用性能，也就是使得频率和宽度合理许多。耦合系数不稳定会造成谐振电路产生干扰问题。然后就要对感应到的电压作出一个适当的调整，再给正反方向的负载提供电源。对于被感应到的电压和受阻值，息息相关的因素就是电能的接收端。通过使用调谐技术实现对电能的接收端操作，获得自己电阻的改变。调节该技术共振频率，电流和输出电压。在电容量方面，要相对较少地使用，来实现更多的电容值。在接入和断开电容这一程序上，此技术还存在着不可避免的问题，并且在调节电压电流方面也受到一定程度上的影响。对此，可能出现的情况：无法供应电能，或者电能方面达不到负载要求。以上叙述弥补因为充电距离而带来的不便，实现充电效率的提高。期望此技术在未来使用中，为无线充电技术发挥重要作用，攻克新能源汽车无线充电的重要问题[6]。
4.2 增加充电距离
对于磁场共振式而言，想要实现高效率的传输，可以通过谐振电路模型，将发射以及接收装置进行等效。其中电能由信号源提供给发射装置。通过研究干扰源发现，负载干扰，也称为无源干扰源，它是指一种没有源头的干扰源，这一问题是无线电力传输过程中的重难点，在操作过程中很容易受到干扰，究其原因，电力传输系统中，存在着多个具有干扰功能的电子程序[7]。而另一种有源干扰源，在某种程度上外部磁场也受到一定的影响。此影响主要由于磁场对整个系统效率的影响。针对无线传输原理进行了研究，发现并提出了以下几种可以解决这一问题的技术和方案，在技术上我们可以通过空间磁分离技术，进行信号隔离，隔离信号的传递能力与干扰源之间的电磁相互兼容，有效地减少了电源和输电系统，防止外界干扰因素。并对其进行了一个系统的技术培训。因为对于外部电磁波屏蔽，也阻挡了外部电磁波所产生的外部效应[8]。
5 结束语
针对无线充电技术在新能源汽车上的问题，本文对电磁感应式充电技术、磁场共振技术等无线充电技术进行了研究。发现其存在的问题并提出解决措施。从长远看，每种充电方式，都各自存在着难以解决的技术难题。而随着新能源汽车的发展，以及技术上的进步，将无线充电技术作为研究重点。以期达到针对不同的电动汽车、不同的需求制定出完善合理的充电方案。
参考文献：
[1]叶明， 余昊， 朱红，等. 新能源汽车低温充电策略的研究[J]. 电源技术， 2019， 043（010）：1662-1664，1693.
[2]李靖. 新能源汽车关键技术及其难点分析[J]. 内燃机与配件， 2019， 000（005）：230-231.
[3]朱建功， 孫泽昌， 魏学哲，等. 车用锂离子电池低温特性与加热方法研究进展[J].汽车工程，2019， 41（05）：95-105+113.
[4]吴怡澜， 王竹青. 新能源汽车发展主要障碍及其解决思路的探索[J]. 工程技术研究， 2018， 000（010）：237-238.
[5]陈沛， 王小林. 新能源汽车维修技术探析[J]. 汽车世界， 2019， 000（013）：P.99-99.
[6]姚朝华， 张伟， 顾民，等. 电动汽车低温充电方法研究[J]. 时代汽车， 2018， 000（009）：55-56.
[7]周道辉， 苑品德， 辛明. 纯电动汽车动力电池低温加热方法的研究[J]. 汽车电器， 2018， 000（011）：15-17.
[8]戴文旭， 施轶. 新能源汽车动力电池锂沉积现象研究[J]. 上海汽车， 2020， No.353（01）：5-12.
作者简介：陈松：（1985.12—），男，汉族，四川安岳人，本科，讲师。研究方向：智能制造、新能源汽车技术。