随着电动汽车的强势发展，电动汽车无线充电，已经逐步走进我们的视野。最早的无线电力传输试验，出现在年。美国科学家NikolaTeslali隔空将远处的一只白炽灯成功点亮。虽然如此，无线充电仍然是一种看起来比较科幻的技术。《三体》中，想象的未来城市，汽车在天上飞，能源就是无所不在的无线电力网络。本文罗列无线充电技术基础知识。
1无线充电类型
无线充电，是不通过任何导体介质，将电能从一个系统传递到另一个系统的技术，按照近场耦合和远场辐射的原则，传输电能。当前主要的传输方式有微波、激光、超声波、电场耦合和磁场耦合。如果按照传输距离划分种类，可以分成短距离，中距离和远距离三种。三种传输距离，与前面的传输方式存在对应关系。远距离传输，主要依靠微波和激光方式，但传输效率低，主要在航天以及空间太阳能电站能量回传方面应用；近距离传输，主要方式为磁耦合传输，传递功率大，效率高，但对距离敏感。超声波耦合和电场耦合，传输功率较小，应用受到限制。
具体到电动汽车无线充电技术，磁耦合谐振式无线传电技术是比较被看好的一种。它的作用距离能够达到传输线圈直径的几倍，但高传输效率距离比较小；功率可以到达kW级别，效率大于85%。电动汽车充电场景，车辆底盘距离地面几十厘米，需要充入几十kW的电量，磁耦合谐振式无线传电技术基本可以满足要求。
2主要无线充电方式的工作原理
2.1磁耦合谐振
如上图所示，发射侧的主要组成是高频电源，发射线圈和谐振线圈；接收侧的主要组成是谐振线圈和、收线圈和负载。高频电源向发射线圈供给高频交流电，谐振线圈在过程中发挥功率因数调节作用。电能通过一对谐振线圈的电磁感应作用，从充电侧传递到受电侧。传输频率从几MHz到几十MHz，传输距离从几厘米到几米。磁耦合谐振技术，可以传输比较大的功率，达到kW级别，同时对距离敏感，距离的增加会严重影响传输效率。
传输功率较大，效率比较高，可以应用于较大规模的用电系统中，比如电动汽车。
2.2磁感应耦合式
磁感应式无线充电，电源侧由整流滤波模块、高频逆变模块、原边补偿模块和可分离变压器的原边组成；受电侧由可分离变压器的副边、电流调理模块和负载共同组成。工频交流电，经过整流逆变后成为高频交流电；按照变压器原边副边互感原理，能量从变压器原边传递至副边，经过电流调理过程，供给给电池充电。磁感应式无线充电，电源频率从几十kHz到几百kHz，传输距离，从几毫米到几米不等。
磁感应耦合，可以实现一对多充电，在消费类电子、生物医学等功率要求不是很高的领域应用比较多。
2.3微波辐射式
微波辐射无线充电系统如上图所示，发射部分主要包括直流电源、DC-RF变换器和发射天线；受电部分被称为整流天线，主要包括接收天线、低通滤波器、整流二极管和直流滤波器。微波辐射无线充电的工作过程，电能由发射天线以微波的形式发出，在比较远的距离以外，整流天线接收微波并还原成直流电，给负载供电，是远距离传输能量的一种方式，只是微波在传播过程中发散的范围比较大，造成全面接收比较困难，能量传递效率不高。微波辐射无线充电，频率采用S波段和C波段（S波段2~4GHz；C波段4~8GHz），传输距离几米到几千米。传输距离过远，传递效率也会严重降低。
微波辐射，传输过程中遇到大气、粉尘和遮挡物损耗会出现损失。自身波束强度高，方向控制容易，一般应用于太空太阳能电站向地面回传电能或者无人机供电等领域。
有实验显示，能量传输距离在1.6km时，传递效率最高可以达到84%；传输距离扩展到km时，20kW发射功率，接收端只能收到1μW。
2.4激光方式无线充电
激光无线充电系统基本组成如上图所示。按照分工，系统划分成激光发射部分，激光传输部分，激光-电能转化部分。激光发射部分，由激光驱动器和激光器组成，负责将输入的电能转化成激光光束；激光传输部分，由传输控制模块和激光发射天线和激光接收天线共同组成；激光-电转化部分，由光电转换器和整流稳压模块组成。电能以激光的形式，从发射位置传输至接收器位置，可以实现能量的远距离传送。相对于微波电能传递，激光的集中度比较好，能量传递效率比较高，但对于接收器的位置精度要求高。激光无线充电主要应用领域是太空太阳能电站和特殊军用设备供电。能量传递距离在几十米到几千米，激光能量传输效率，可以达到20%左右。
3一种电动汽车无线充电模式
上图是一个电动汽车无线充电系统，属于磁耦合谐振式无线充电技术。一个典型的无线充电系统，它由电力电子变换器、谐振网络、发射线圈、接收线圈、整流滤波和电池负载等部分组成。
电能从电网获取，经过电力电子模块的变换，转化成高频输出，通过谐振网络，传递给发射线圈；按照电磁感应耦合原理，接收装置上的接收线圈感应出相应高频波形。高频电流经过整流滤波处理后，可以给动力电池包充电。
为什么配置谐振线圈？
系统中出现了一个叫做“谐振线圈”的装置，在能量传递过程中，它并没有起到发射或者接收的作用，它在回路中是做什么的？
有文章给出了这样的解释：“无线充电系统中传输线圈间是松耦合，因此需要加入谐振网络来减小系统无功，提升传输效率。谐振网络又称补偿网络，通常其与传输线圈的自感发生谐振，进而起到提升传输效率，改变输入输出特性的作用。”就是说谐振网络，用在无线充电系统中，是一种无功补偿装置。
在无线充电领域，松耦合指发电和受电线圈不需要完全匹配，不需要精准对正就能够进行充电作业的一种技术。相对的，在此之前，出现了一种紧耦合无线充电技术，它要求充电设备必须安置在充电垫上，并精准对位，每次只能为一个用电器充电。并且紧耦合技术对金属物极其敏感，一旦有小金属零件掉进充电范围，会带来很大的影响。
而松耦合无线充电则不存在上述问题，因而成为当前的主要研究方向。但松耦合也有自己的问题。比如线圈没有对正，存在着轴线偏移、角度偏转等现象，这样的不对正问题，能量传输过程中，引起功率因数下降。因此需要无功补偿装置，在电路中设置谐振线圈，就是起到补偿的作用。
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参考文献
1李斌，电动汽车无线充电技术；
2范兴明，无线电能传输技术的研究现状与应用；
3赵争鸣，电动汽车无线充电技术研究综述；
4张鑫，电动汽车无线充电技术研究与应用探讨；
5王振亚，电动汽车无线充电技术的研究进展。
（图片来自互联网公开资料）