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摘要：通過了解電動汽車發展的現狀及電動汽車非接觸式充電模式，介紹了電動汽車非接觸式充電系統架構，闡述了電動汽車非接觸式充電系統互感等效模型，分析了一種電動汽車非接觸式充電系統的組成及優勢，旨在為促進電動汽車優化發展奠定堅實基礎。
關鍵詞：電動汽車；非接觸式；充電；系統；設計
前言
電動汽車動力電池為支持，噪音低、能源清潔、場地限制小、可實現接近燃油汽車的續航及最高時速[1]。電動汽車充電方式分為導線充電及無線能量傳輸。無線充電（WPT，wirelessPowerTransmission）以耦合電磁場為媒介，完成能量傳輸[2]。無線充電與優化導線充電中的機械磨損、觸電老化現象，可實現一對多充電，實現“邊駕駛邊充電”。
1無線充電傳輸組成
電動汽車無線充電系統由信號源、功率放大電路、同步電路、發射線圈、接收線圈、整流電路及負載組成：其中，信號源及功率放大電路發出穩定交流電，在發射線圈固定位置安裝接收線圈，確保接收、發射線圈共振頻率相同[3]。兩線圈在固定頻率下耦合共振，產生高頻交變磁場，能量傳遞給接收線圈，整流電路將接收線圈高頻交流電轉化為直流電，為汽車充電。
2電動汽車非接觸式充電系統研制及系統架構分析
2.1電動汽車非接觸式充電系統拓撲結構
當下，單純電動驅動汽車體積大、壽命低，自身結構還不完善，隨市場應用前景廣闊，但技術上還存在一定難題：充電慢、成本高[4]。該結構現狀必然影響電動汽車的推廣使用，徒增運行維護成本。下文提出“即時模式”，分析電動汽車非接觸式充電系統設計。
2.1.1非接觸送電
電容儲存電能無法維持汽車運動后，系統送電，電網側為電動汽車送電。此時，送電斷開關諧振逆變，電能以互感耦合方式傳遞給汽車接收端，接收端以PWM整流，穩定交流電，轉化為直流電，為電動汽車供電，保證其續航穩定。
2.1.2非接觸饋電
電動汽車下坡、制動、車載發電設備電量充足、盈余下，為確保系統穩定運行，需將電能以系統為媒介饋電，電動汽車為送電端，電網為接收端。電能以的互感耦合集中到接收端，接收端以PWM將電流轉化為直流電，為電網運行奠定基礎。其中，非接觸饋電功能可降低電動汽車驅動運行中，受電力過分盈余引起的運行隱患。
2.2電動汽車非接觸式充電系統等效模型分析
在電動汽車上，可以利用車載新能源發電設備，為電動汽車運行提供動力支持，降低其對非接觸送電電源的實際需求，進而發揮分布式電源的最大化作用。該拓撲結構支持下的電動汽車，可具備電能回饋功能，對于電動汽車充電過于盈余的情況，通過電能回饋，將不合理的電能及時輸送出去，降低電動汽車驅動系統實際運行風險，確保電動汽車穩定運行。由上述模型可得，模型設計中引入M1、M2及δ，可實現對系統的可靠性控制。
3控制系統電路設計
3.1STM32最小系統
對電動汽車非接觸式充電系統設計，應優化系統設計，確保充電穩定性及安全性。STM32最小系統屬于先進控制系統，其對控制環境要求嚴格，在電路中，還需配置CAN標準通信和汽車通信，以STM32最小系統為支持，實現對電路的科學控制。橫向比較控制器，采用新型的系統芯片為系統設計核心，合理封裝，提高一般工作效率。此外，配置先進轉換器及控制器，外設配置以ADC、SPI、I2C、USART及定時器為支持，實現充電在線調控。
3.2電源設計
電源均衡穩定對充電系統穩定有直接影響，采用STM32芯片支持，電源設計為2-3.6V，可選擇不同供電方式：（1）USB供電，電流約為500mA；（2）外部電源供電；（3）以JLinkV8供電。
3.3JTAG接口電路設計
采用JTAG輔助設計，具有良好穩定性，JTAG協議可在線編程，無需預先變成，再安裝到電路板中，直接將芯片安裝到電路板上，針對需求編程，提高了工作效率。JTAG結構電路設計中，以20針調試接口為支持設計。
3.4電壓檢測電路設計
電動汽車使用的電源電池具有特殊性，其容量較大，關系到電動汽車運行的穩定性，因此，要在充電穩定性及充電安全性上優化設計。電池充電時，需考慮到充電電壓及充電電流的實時監測，發現異常及時報警。為確保充電狀態在檢測時，獲取有效結果，對主電路輸出電壓檢測，選擇霍爾電壓傳感器CHV-25P進行檢測。設計中，STM32中ADC模塊輸入0.3V輸入范圍（僅限參考），將裕量變化考慮在內，在基礎3V上限上，乘以約80%的數，獲取的設計輸入最大值，得到2.5V。原信號經過處理后進入STM32對應ADCCINA1端口：經電壓跟隨器，緩沖、隔離、后級濾波，進入差動輸入運算系統，獲取0-2.5V電壓，之后將信號經鉗位處理后，送至STM32ADCCINA1端口（鉗位電路可穩定ADC端口電壓，控制電壓處于0.3.3V范圍）。
3.5輸出電流檢測
對主電路輸出電流檢測，以HBC20LSO檢測，但是，該工具不直接檢測，其以傳感器為支持，以被測電流穿過傳感器中心孔，間接獲取電壓值。電流信號不直接供給給處理器，需經過一系列調試后，再供給。
3.6控制系統軟件設計
軟件也是電動汽車非接觸式充電系統設計重要組成之一，在控制系統當中，軟件設計起到對整體系統的引導、指導性作用，可指導系統按照規范性步驟“按部就班”的執行，維護主程序穩定。程序設計中，主程序對系統工作指揮。考慮到非接觸性系統的特點，在編程中，需對各個對應的寄存器對英國配置，采取模塊化編程方式，注重編程整體結構的穩定性，充分發揮各個模塊的最大化功能，對模塊變量的參數、AD采樣、PWM控制等優化管理。
4總結
文章對電動汽車非接觸式充電系統設計分析，將非接觸式充電系統拓撲結構及系統等效模型設計分析，對其控制系統電路設計分析。通過實現電動汽車和智能電網的交互，將多余電能輸送給電網，減低電網供電壓力，同時優化電動汽車能源結構，可有效減少對不可再生能源的依賴。分析電動汽車非接觸式充電系統，應注重對電路拓撲及磁路優化設計，規劃好無線電能傳輸及地車底盤、地面之間的距離，采用新型磁材料，感受汽車實際位置，提高充電效率。通過分析全新自動充電技術的，為電動汽車推廣提供技術支持，可減輕電網壓力，減少污染。
參考文獻
[1]楊晨.電動汽車非接觸式充電系統設計[J].工業設計,2017(11):136-137.
[2]尹靜文,苑璐,徐坤,等.基于RFID的電動汽車充電樁結算系統設計[J].周口師范學院學報,2018,35(2):41-44.
[3]高巧玲,秦燦華,余娟.感應耦合電動汽車無線充電的關鍵因素分析[J].電子世界,2017(22):155-156.
[4]翟娟.電動汽車充電樁充電管理系統設計[J].內燃機與配件,2018(1):194-195.
作者:錢程 齊雄 單位:寧波供電公司