許多插電式電動(dòng)汽車所有者依靠厚實(shí)昂貴的電纜將車輛連接到充電器。電纜之所以昂貴，是因?yàn)樗仨氉銐蚝癫拍軘y帶所需的峰值充電電流（通常從11 kW到100 kW或更多），足夠堅(jiān)硬，足以承受不小心地扔在汽車后部或在惡劣的天氣中使用并且是足夠強(qiáng)大，可以承受重復(fù)的插頭和拔下插頭操作。即便如此，電纜和連接器的壽命有限，終會(huì)因日常使用而變得不安全，磨損或損壞。更好的解決方案是完全與他們分配嗎？

圖1顯示了無線電動(dòng)汽車充電器的概念。該車輛停在充電線圈上，電源通過電感無線電源傳輸傳遞，以充電其電池。無線通信可確保在安全時(shí)傳輸電源，就像現(xiàn)代手機(jī)與QI支持的充電器墊進(jìn)行通信，以確保在充電場中沒有外來物體，然后再應(yīng)用電源。

圖1 EV 無線充電概念

充電手機(jī)與電動(dòng)汽車充電之間的主要區(qū)別是使用的電源水平。根據(jù)無線功率財(cái)團(tuán)的數(shù)據(jù)，對(duì)于高功率EV無線充電器的效率必須化，而電話充電器的效率通常僅為70％。對(duì)于低成本商品產(chǎn)品來說，這是可以接受的，但對(duì)于EV Wireless充電器來說是浪費(fèi)的，其中系統(tǒng)效率接近85％（AC到DC功率）。
可以通過三種方式提高功率傳遞效率：更緊密的磁回路，更高的頻率操作和更好的匹配。但是首先，讓我們看一下無線電源傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。

無線電力傳輸基礎(chǔ)知識(shí)
無線電力傳輸（WPT）技術(shù)可以追溯到1800年代后期，海因里?！ず掌潱℉einrich Hertz）使用兩個(gè)拋物線反射器展示了高頻火花隙無線電源傳輸，以聚焦RF輻射。尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）還在世紀(jì)之交之前對(duì)耦合的電磁共振電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，但沒有證據(jù)表明他成功地傳遞了有意義的電力。早成功的感應(yīng)動(dòng)力傳遞的演示是在1910年闡明在開放式變壓器上握著的燈泡，但同樣，這并沒有變成實(shí)用的無線電力產(chǎn)品。盡管缺乏商業(yè)上的成功，但這些早期的開拓者為當(dāng)今使用的一些主要無線電力傳輸技術(shù)奠定了基礎(chǔ)：
WPT方法范圍頻率用途
感應(yīng)短的KHz-MHz電牙刷
磁諧振耦合中KHz-MHz電話充電器，EV充電器
電容耦合短的KHz-MHz生物醫(yī)學(xué)植入物
微波長的GHz衛(wèi)星
激光長的THZ無人機(jī)
對(duì)于電容和磁WPT系統(tǒng)，分別通過以下方式給出了發(fā)射器和接收器之間的空氣中存儲(chǔ)的能量：
\ [w_ {e}（electry \，field）= \ frac {1} {2} {2} \ varepsilon_ {0} e^{2} \] \]
\ [w_ {m}（Magentic \，field）= \ frac {1} {2} {2} \ mu_ {0} h^{2} \]
其中E和H分別是電場和磁場的強(qiáng)度，并且是自由空間的介電常數(shù)和滲透率值。由于它更高，當(dāng)考慮實(shí)用電壓和電流限制時(shí)，在耦合磁場中的能量比在電容耦合場中的能量高約一千倍。因此，電感和磁共振耦合使自己達(dá)到功率傳遞。

本質(zhì)上，電感充電系統(tǒng)使用發(fā)射器線圈生成局部磁場，該磁場通過相互電感耦合到接收線圈中（圖2）：

圖2 電感無線功率傳輸示意圖

發(fā)射器和接收器線圈之間的相互感應(yīng)m由看似簡單的方程式給出：
\ [互助\，電感，m = k \ sqrt {l_ {t} l_ {r}} \] \]

其中l(wèi) t和l r分別是傳輸線圈和接收線圈的繞組電感，而k是耦合系數(shù)，取決于線圈的尺寸，轉(zhuǎn)彎數(shù)以及對(duì)齊（方向和分離）（圖（圖） 3）：

圖3 各種平面線圈未對(duì)準(zhǔn)對(duì)感應(yīng)功率傳遞效率的影響

可以通過插入中間線圈來增強(qiáng)耦合系數(shù)，該中間線圈充當(dāng)“磁性鏡頭”以聚焦磁通量（圖4）。較高的功率諧振電感耦合系統(tǒng)可能使用三個(gè)或更多線圈。這些中介線圈是與電容器與繞組平行的電容器的諧振坦克電路，該電容器以交替磁場的頻率產(chǎn)生共鳴（圖5）。諧振器從傳輸線圈增強(qiáng)了有效的磁場強(qiáng)度，并將有效接收的場集中到接收線圈中，從而顯著提高了耦合效率。此外，即使只有投影磁通量的一部分被中介電路攔截，它們?nèi)匀粫?huì)引起共鳴，因此分離距離和比對(duì)并不像兩個(gè)簡單的平坦線圈那樣關(guān)鍵。

圖4 使用中間諧振器的諧振電感耦合

圖5 與中間諧振器的WPT的等效電路模型

中間諧振器不必對(duì)稱地放置，如圖4所示 - 如果功率傳遞的限制因子是足夠的磁通量，則將靠近發(fā)射器線圈的配對(duì)諧振器通過耦合因子k 12和K 23對(duì)于更強(qiáng)的耦合因子K34與更遙遠(yuǎn)的接收器線圈。

此類中介線圈對(duì)于WPT應(yīng)用至關(guān)重要，在WPT應(yīng)用中，傳輸和接收線圈之間的距離和對(duì)齊不是固定的，例如，在電動(dòng)道路上為駕駛行駛的行駛車輛充電。特斯拉（Tesla）以及其他公司包括在旅途中為車輛彈簧彈簧的金屬電源連接器進(jìn)行充電的原型，但底特律是美國個(gè)實(shí)施了無接觸式的公路收費(fèi)的城市基于無線電源傳輸?shù)南到y(tǒng)。該系統(tǒng)成功證明了高達(dá)19 kW的充電率。
高頻無線電源傳輸
使用電源50/60 Hz交替的電流可從電源供應(yīng)提供的電流，可以通過歸納來進(jìn)行收費(fèi)，但這對(duì)于更高的勢力效率低。
傳輸頻率越高，可以根據(jù)以下方式傳輸功率越多。
\ [p_ {out} = \ omega_ {0} mi_ {t} i_ {t} \]
如果輸出功率p out等于共振時(shí)的角頻率，則乘以相互電感，m，傳輸線圈中的電流以及接收線圈中產(chǎn)生的誘導(dǎo)電流，i r。因此，傳輸功率與交替磁場的頻率成正比。但是，渦流和開關(guān)損耗隨著較高的頻率而增加，因此的WPT工作頻率取決于其他系統(tǒng)參數(shù)的峰值電感功率傳遞效率。
借助現(xiàn)有的高功率開關(guān)技術(shù)，共振頻率在20 kHz至150 kHz之間取得了效果。
影響系統(tǒng)效率的終重要因素是與電源，線圈和負(fù)載電阻匹配。功率傳遞效率（PTE MAX）可以從以下關(guān)系（共鳴）得出：
\ [pte_ {max} = \ frac {\ omega_ {0}^{\，\，\，\，2} m^{1} r_ {l}} {r_ {r_ {t}（r _ {r}+r_ {l}）^{2}+\ omega_ {0}^{\，\，\，\，\，\，\，\，\，2} m^{2}（r_ {r_ {r}+r_ {l}）其中rl，r t和r r分別是負(fù)載，發(fā)射器和接收器歐姆電阻。
載荷，接收和傳輸線圈電阻都應(yīng)相同，以獲得性能。

這在WPT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中造成了一些實(shí)際問題。發(fā)射器的高電流前端和逆變器具有非常低的內(nèi)部阻抗，因此可能需要高頻阻抗匹配的變壓器，以使線圈獲得的耦合變速箱功率。同樣，負(fù)載是具有非線性內(nèi)部電阻特性的電池組，取決于其充電狀態(tài)，因此需要DC/DC在板載充電（OBC）單元，可以阻止調(diào)節(jié)以達(dá)到功率接收，就像光伏DC/DC轉(zhuǎn)換器中使用的功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）電路（圖6）。

圖6 WPT 功率階段，具有預(yù)期的轉(zhuǎn)換效率

為了滿足效率目標(biāo)，主動(dòng)前端（AC到DC轉(zhuǎn)換和功率因數(shù)校正）需要使用Bridgeless Botgetem Pole配置或類似（圖7），并且逆變器將需要使用完整的橋梁或變體LLC拓?fù)?。這兩種設(shè)計(jì)都需要使用幾個(gè)孤立的晶體管驅(qū)動(dòng)器。

圖7 GAT 圖騰桿無用的整流器示例電路

通過高功率開關(guān)設(shè)計(jì)，通常很難平衡每條腿的電源散落電感，從而導(dǎo)致不對(duì)稱的性能和開關(guān)不穩(wěn)定性。隔離高側(cè)和低側(cè)門驅(qū)動(dòng)器可消除此問題（圖8）。

圖8 完整的橋門驅(qū)動(dòng)器示例電路

ROCOM提供了一系列緊湊型柵極驅(qū)動(dòng)器電源模塊，具有高隔離，功率晶體管開關(guān)的不對(duì)稱輸出電壓以及寬的工作溫度范圍，使其非常適合此類高功率設(shè)計(jì)，包括雙向電路。

在電動(dòng)汽車中，另一個(gè)主動(dòng)整流器電路將從接收線圈轉(zhuǎn)換為AC，以充電中間總線電容器C DC。這種不受管制的直流總線電壓可以提供高功率數(shù)字DC/DC轉(zhuǎn)換器，例如ROCOM的15 kW OBC設(shè)計(jì)COMOM 的15 kW（可平行的75 kW）高壓在板載充電器上。這種15 kW的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)將接受寬的直流輸入電壓范圍25 VDC高達(dá)280 VDC，并將輸出電壓提高到可編程的200 V-800 VDC，以充電高壓電動(dòng)汽車電池堆棧，其效率超過97％。內(nèi)置的MPPT電路優(yōu)化了整個(gè)充電周期內(nèi)的功率傳輸效率。 CAN-BUS接口允許與標(biāo)準(zhǔn)電池管理系統(tǒng)控制器進(jìn)行通信，并允許平行單元之間的主動(dòng)負(fù)載共享。