自从2007年美国麻省理工学院(MIT)的Marin Soljacic教授等人利用磁耦合谐振技术成功地在2m外点亮一只60W的灯泡[1-2]，无线电能传输技术(wireless power transfer，WPT)开始得到世界研究机构越来越多的关注。

　　目前，WPT技术主要有3种，即电磁辐射式、电磁感应式和磁耦合谐振式。辐射式无线电能传输[3]利用远场进行传输，其传输距离远大于传输装置的几何尺寸，但是其定向性较差，且传输功率一般比较小。电磁感应式无线电能传输机理[4]类似于可分离变压器，只有在较短的距离下才能实现较大功率和较高效率的传输。而磁耦合谐振式无线电能传输(magnetically-coupled resonant wireless power transfer，MCR-WPT)利用谐振原理，使其在中等距离传输时，仍能得到较高的效率和较大的功率，并且电能传输不受空间非磁性障碍物的影响[5]。MCR-WPT在传输距离、传输功率以及传输效率上均衡的性能表现，使其特别适用于电动汽车无线充电领域。

　　1 系统理论分析

　　系统采用串联-串联式谐振结构，等效电路如图1所示。其中，Us为高频交流电源，Cp、Cs分别为原、副边谐振电容，Lp、Ls分别为原、副边线圈自感，M为原副边线圈之间的互感，R为负载电阻，Ip、Is分别为原、副边电流，ω0为系统谐振频率，Rp、Rs为线圈等效内阻，ZL为电池等效内阻。

　　根据互感耦合模型，得到单负载系统等效电路的状态方程：

　　系统传输效率为：

　　(6)

　　由式(5)可知，系统输出功率主要由初级绕组内阻和次级反映阻抗的实部、虚部共同决定，其中涉及包括工作频率、谐振电容、电感、内阻等一系列参数。 由式(6)可知，系统传输效率由初级侧内阻和次级反映阻抗实部共同决定。随着反映阻抗实部RP-S的逐渐增大，传输效率也在逐渐增大。

　　2 系统整体设计

　　系统的整体结构框图如图2所示，系统采用220V、50Hz交流电源供电，经全桥不控整流电路、DC-DC降压斩波电路和高频全桥逆变电路，与发射端谐振电容和发射线圈连接，接收线圈在谐振磁场中产生高频感应电压，经整流电路转化为直流电，给电动汽车蓄电池充电。车载充电机通过蓝牙模块与电能发射端通信，通过实时控制DC-DC直流斩波电路输出电压，调整电池充电功率。

　　3 系统主电部分电路设计

　　3.1 DC-DC斩波电路设计

　　DC-DC调压电路主要有BUCK、BOOST、CUK等电路结构。本文采用BUCK降压斩波电路：降低逆变电路输入电压，提升逆变电路电流幅值，容易检测电流变化情况，虽然线损与其他电路相比有一定提高，但与系统输出功率等级相比提升极其微小。BUCK电路具有电路结构简单、效率高，纹波可调节，动态性能好等优势，因此，本系统采用BUCK电路做为DC-DC环节的主电路拓扑。

　　3.2 全桥逆变电路设计

　　工程中常用的逆变电路主要有：全桥逆变电路和半桥逆变电路。全桥逆变电路的功耗元件是半桥逆变电路的两倍，所以整个电路的功耗也近似是半桥逆变电路功耗的两倍，但是全桥逆变电路的电压等级却比半桥逆变电路要高，考虑到电源电压的功率等级，选择全桥逆变电路为系统原边电路的高频逆变单元。

　　4 系统软件设计

　　系统整体充电流程如图5所示，采用三段式充电方法对电动汽车进行充电，三段式充电结合了恒流与恒压两种充电方式的优点，按照蓄电池的特性曲线充电，不仅充电效率高，而且对蓄电池有了很好的保护。

　　充电过程中有最高和最低充电电压及恒流阶段的最高充电电流和预充电流等。预充时的充电电流很小，只有蓄电池容量的0.1C(C是蓄电池的容量)，在预充阶段，当电压恢复到最低充电电压时，此时开始进行恒充，恒充包括两个阶段，最大恒流充电与恒压充电，当两个阶段充电完毕，即蓄电池容量达到其额定容量，此时电流会降到蓄电池容量的0.02C，即进入到涓流充电阶段，直至充电结束。

　　5 实验结果与分析

　　本系统为中惠创智无线供电技术有限公司搭建的理论样机平台，并且已经实现了对电动汽车进行无线充电的实际展示，样机平台主要包括：电能发射模块、能量耦合平台、接收端整流模块以及车载电池组成。其中电能发射模块包括：整流滤波电路、DC-DC降压斩波电路和高频全桥逆变电路三部分。系统采用220V市电作为供电电源，能量耦合平台采用平板磁芯结构，发射端与接收端通过蓝牙模块进行通信。

　　样机平台参数如下：

　　1) 输入电压：单相220V AC;

　　2) 输出电压：动力电池电压范围70~420V;

　　3) 输出功率： 3.7KW;

　　4) 通信协议：BMS协议《GB T 27930-2015》;

　　5) 线圈原边尺寸： 60 cm×60cm;

　　6) 线圈副边尺寸： 40 cm×40cm;

　　7) 机械气隙：20±5cm。

　　图7为主电部分测试过程得到的实验波形，其中CH1为DC-DC斩波电路输出电流，CH2为DC-DC斩波电路开关管开通关断电压波形，CH3为全桥逆变电路输出电流波形， CH4为全桥逆变电路输出电压波形。当输出电流期望值改变时，控制系统通过调节DC-DC斩波电路IGBT占空比，使系统的输出电流值稳定在期望值附近。

　　以上实验中，设定不同电池充电电流期望值，系统通过调节DC-DC斩波电路IGBT占空比使得输出电流很好地跟随期望值。在不同的期望输出电流情况下，最终系统稳定下来的DC-DC斩波电路输出电压Vin、输入电流Iin、输出电池充电电压Vout、电池充电电流Iout、系统输入功率Win、系统输出功率Wout和系统充电效率η如表1所示。

　　表1所示的实验结果证明了该系统特别适合电动汽车无线充电，其较高的充电效率和较大的充电功率完全能够满足目前电动汽车的充电要求。

　　6 结论

　　本文提出了一种大功率、高效率电动汽车无线充电系统的设计方法。系统基于磁耦合谐振原理，实现电能的无线传输;采用电池三段式充电方式，同时根据汽车电池充电需求，实现充电电流的自动调节。通过实际电动汽车动力电池组充电实验验证了该系统优异的充电性能，具有很高的应用价值。

　　谈电动汽车的未来：欧洲转向“全电”

　　然而，就在柴油机达到它的市场高峰之时，排放门事件的曝光，让柴油车在2016年市场占比首次跌落50%。

　　斯图加特一向自诩为戴姆勒、保时捷的本土市场，也是内燃发动机的生根发芽之地，但是如今这座德国东南部城市却极有可能成为该国首个禁止柴油车的城区。

　　今年2月份，这个可吸入粉尘和氮氧化物排量最高的城市宣布，从2018年起禁止未达到欧6排放标准的柴油车驶入市中心。污染第二的慕尼黑在6月14日公开表示，因城市氮氧化物排放量超标，目前正在考虑是否要禁止柴油车上路。

　　全球首个下禁令的则当属挪威，挪威政党一致同意从2025年起禁售燃油车。同一时期的还有荷兰，自2025年开始，荷兰国内只能出售零排放汽车。到时没有汽柴油车可以在市场销售。2016年12月，在全球C40市长峰会上，巴黎、雅典、马德里和墨西哥城共同宣称，将在2025年禁止柴油车进城。

　　英国和法国的过渡时间较长，2040年将是全面停售汽油车和柴油车的时间点。前者更计划投资逾8亿英镑(10亿美元)研发无人车和零排放汽车。

　　其实，从所占份额中可看出，欧洲禁售柴油车确实冒着一定的风险，消费者的消费倾向以及制造商的规模和招募的员工，这些都会随着禁令的实施而破坏原有市场的结构。但是上述市场仍然下此决定。

　　斯图加特行政法院法官Wolfgang Kern认为，禁售柴油车是唯一尽快清洁空气的妥善解决方案，斯图加特一直未能达到可吸入氮氧化物的排量限值，这是环保部对此做出的裁决。Kern的决定很可能影响德国涉及柴油车排量的其他司法案件。

　　而对柴油车占比重极大的车企而言，禁售无疑对其销量将造成严重的损耗。如戴姆勒解释称，禁售并非根本解决办法，这将损耗损害经济、贸易和交通。CEO蔡澈则表示，戴姆勒在着手技术提升，以降低油耗，此外还可通过软件升级等措施，让车辆在正常工况下达到欧5和欧6标准，降低氮氧化物和二氧化碳排放量。“客观来说，柴油发动机值得为之奋斗。”

　　2016年年初，据某报道，为了获得消费者的支持，汽车制造商们团结在一起放出消息：他们倾注几十亿欧元所研发的最新的欧六标准柴油发动机，绝对可以满足2021年碳排放从去年的119g/Km下降到95g/km的要求。

　　出于不同角度的考量，环保部、交通部、汽车制造商着重点不同，禁令虽出，但未来能否顺利实施仍然存在变数。不过，当前而言，柴油车正在走向衰落，随之而起的是电动车。

　　电动车的未来

　　欧洲一面拒绝柴油车，一面迎接电动车。于是受此驱动，电动车销量增长，车企接连公布自身在电动车方面的规划，甚至转向“全电”。

　　据了解，基于锂电池未来的降价空间以及燃油车和电动车的成本分析，预计2040年电动车将成为全球汽车销量的主力，占到33%的份额。2025年至2030年，电动车拥车成本将低于燃油车，将吸引一众消费者采购电动车。

　　未来全球电动汽车销量将实现稳步增长，从2016年的70万辆上涨至2021年的300万辆。其中在欧洲，电动车将占去轻型车销量约5%，中国和美国将达到约4%。

　　诞生于欧洲的几大车企中，大众集团对电动驱动系统的投资增加两倍，大约为90亿欧元，研发电动车和新混合动力车。过去五年里，大众为研发零排放技术已经投资了30亿欧元。2025年电动车销量将贡献总销量的20%至30%。其核心品牌大众品牌未来几年每年投资10亿欧元，研制I.D.系列电动车，到2025年售出100万辆电动车。

　　7月25日，宝马集团表示，旗下所有品牌和车系均可实现电气化。除了内燃机版本，都将标配纯电动或油电混合动力版。新的电气化车型将会在未来几年上市。宝马还坚持其对电气化的目标，其重申了“2025年电动汽车将占总销量15~25%”的预期。其中“电动汽车”包含“全电动汽车”以及“油电混合汽车”。

　　根据规划，戴姆勒将在数年内投资100亿欧元研制电动车，以在2025年前推出至少10多款电动车，涵盖从小型到大型SUV的产品阵容。届时电动车将为奔驰贡献15%至25%的销量。2019年首款EQ SUV电动车将进入市场。

　　沃尔沃7月初宣布，2019年起推出的新款车型都将为电动车和混合动力车。到2023年至2025年，公司将淘汰全部的传统燃油汽车，电动车将成为新买家的唯一选择。目前虽然尚没有部署纯电动车，沃尔沃到2019年至2021这一细分市场的车型数量将增长至五款。

　　标致计划，2019年新插电式混动车型在纯电动模式下续航里程可达到50公里。未来三年内推出4款纯电动车和7款插电式混合动力车，且投资研制专用的电动车平台。

　　仅从上述欧系车企中可得知，电动车已然在它们未来规划中拥有一定的地位。当柴油车失宠后，面对着日益严格的法规要求，无论是战略部署，亦或是迫不得已而为之，电动车发展的势头似乎非常凶猛。