一、系統組成

電動汽車的無線充電系統，基本上由電源盒、地面發射板、車載接收板、車載控制器共4個部分組成。目前的無線充電主要是單向Grid to Vehicle(G2V)供電，以后必然發展為雙向供電，即G2V + V2G。為方便起見，本文仍稱之為“地面發射板”和“車載接收板”。

無線充電的系統部件，不同廠商定義了不同的名稱，Qualcomm稱之為Power Supply Unit(PSU)、base Pad (BP)、Vehicle Pad (VP)、Vehicle Control Unit (VCU)。Evatran稱之為Control Panel, Parking Pad, Vehicle Adapter(包括線圈和控制器)。根據需要，地上部分和車載部分的線圈和控制器既可以做成分體式，也可以做成一體式。當前大部分系統是直流輸出到電池，也有少部分是交流輸出到OBC。系統框圖如下：

GA – Ground Assembly, 即地面發射板；VA – Vehicle Assemble, 即車載接收板

無線充電屬弱耦合系統，耦合系數 k≈0.1-0.4。標稱工作頻率85kHz，頻率范圍81.38-90kHz。

二、線圈結構

在無線充電系統中，常見線圈結構有CR、DD、及多線圈形(比如Bipolar)。CR結構是單一環形結構，可以繞制成圓形、橢圓形、或方形等；DD結構實際上是一條Liz線從一個線圈繞到另一個線圈；而Bipolar是由兩個獨立線圈部分重疊而成。

相比傳統的CR結構而言，DD結構更小、更輕、效率更高、位置敏感度低、互操作性更好。

如下圖，Bipolar可以靈活配置成大CR、小CR或DD形。大家不禁要問，既然Bipolar如此完美，為什么應用不多呢？問題在于，線圈越多控制越復雜，成本及價格也越高，因此在產業化初期不會大規模應用。

三、電路拓撲

選用什么樣的電路的拓撲，與線圈結構、功率等級、隔空間隙等設計需求有關。不同廠家都有自己獨特設計，有的涉及專利技術及知識產權。以下是兩個典型示例：

四、功率及效率

WPT(Wireless Power Transfer)系統可劃分為不同的功率等級。SAE J2954 TIR、IEC 61980 PT、及GB國標征求意見稿之間均有不同。以上標準均未正式發布，以下內容來自SAE J2954 TIR。

標準要求在最大輸入功率時，系統效率高于85%；在左右偏差±100mm、 前后偏差±75mm、上下偏差? 的情況下，不得低于80%。請注意：這是所說的效率是從交流輸入(1)到直流輸出(2)的全系統效率。 

效率是一個很復雜的概念，哥認為至少與以下因素有關：1、位置對中，即X、Y方向的位置偏差，但正中位置并不總是效率最高點；2、隔空間隙，高于或低于標稱值，系統效率均會有所下降；3、位置轉角，即車身相對三維坐標軸的轉角偏差，偏差越大，效率越低；4、輸出功率，一般來說隨輸出功率提高，效率會先升后降；5、工作溫度，設計不好的系統發熱嚴重，只能降額工作，因此開機運行一段時間后效率就下降了；6、壽命階段，隨著服務時間的推移，電子元件會老化，參數發生漂移，如果系統自動調節能力有限也會影響系統效率。7、測試方法，大家都知道測試方法的重要性，方法不對測試結果難以令人信服......所以說，閉口不談測試條件的所謂效率都是耍流氓！有人搭出一套系統，測了測好象效率還不錯，于是便高調宣稱自己的產品效率高達90%......So what?

五、異物檢測

交變磁場中的金屬物體，由于渦流熱效應或磁滯損耗會發熱。如果溫度過高，在某些極端情況下會引燃充電板附近的可燃物體。所以，異物檢測因涉及到產品安全性而顯得尤為重要。許多廠家聲稱自己的產品具備異物檢測功能，但具體性能如何尚不得而知。常見的金屬異物有：

異物檢測模塊通常安裝在地面發射板中。在主線圈之外，布置了矩陣式檢測線圈。當有金屬異物落于發射板上，會引起相應區域磁場的變化，而這個變化的磁場將被檢測到。對于極小的金屬物體，比如紙張上的訂書訂，這種方法一般很難檢測到，只能通過限制磁感應強度來保證安全性。在同等功率條件下，DD形線圈相比CR形線圈磁感應強度低，因而安全性也更高。

六、活體保護

大家都比較擔心無線充電系統的電磁輻射，因為電磁波看不見摸不到。在充電板和接收板之間的區域，磁場強度是最大的。為了防止小動物，如貓、狗等，因長期暴露在高強度電磁場中引發組織損傷，有的廠家開發出活體保護功能。當小動物接近充電板時，系統檢測到并停止充電；一旦小動物離開，系統能及時恢復充電功能。

七、定位功能

無線充電系統位置偏差越小，系統性能越高。常用的定位方法有MV(Magnetic Vector)及LPE(Low Power Excitation)。MV是利用幾組輔助線圈通過磁場檢測來實現的，VA上的X/Y兩組輔助線圈發出120-140kHz的電磁波，GA上的三組X/Y/Z線圈用來檢測信號，理論工作范圍達5m。LPE是復用功率線圈來實現定位功能，由GA發射，VA接收，工作范圍在1m以內。相比MV方式，LPE精度低，但成本優越明顯。

八、互操作性

互操作不僅要求不同類型線圈之間能正常匹配，還要求不同功率等級、不同離地間隙的無線充電系統能向下兼容。標準都有相應規定。

九、EMC(Electromagnetic Compatibility)

同其它任何汽車電子零部件一樣，無線充電系統都要符合Vehicle Level及Component Level的EMC要求。

十、EMF(Electromagnetic Safety)

為了評估車內及車外活動區域的電磁暴露風險，美國ICNIRP及ANSI/AAMI都有相應標準規定，大家有興趣可自行參考。

作者：WEVC電動汽車無線充電