科技新时代2023年4期

无线电能传输技术发展现状与趋势

潘柿辉

中通服中睿科技有限公司  广州市  510630

摘要：WPT技术是一种前瞻性的技术。目前我国已经取得了重大的突破，已经能够积极开展相应的产业化的推进。在产业化方面，该技术主要集中在新能源汽车方面。未来，我国将在标准体系建设、产业化发展、核心技术进行新的发展，确保我国WPT技术达到国际领先水平。

关键词：WPT；技术；现状

无线电能传输技术简称为WPT技术，是一种基于非导线接触方式，利用电磁波、微波等物理空间能量载体实现电能由电源侧传输制负载侧的技术。目前该技术是一种前瞻性的技术，具有能够空间充电的优势，不需要利用传统的插孔式的方式来进行充电。该技术的使用能够有效地摆脱对电缆等方面的束缚，能够最大程度上为民众提供相应的便捷，具有极大的灵活性。目前技术只有少数国家能够掌握。我国在20世纪初期开始进行相应的研究，目前已经取得了重大的突破，在国际上占有一定的地位。总体而言，WPT技术将会对现有的充电技术产生颠覆性的影响，能够有效地改变人们的生产生活方式。基于此，本文对无线电能传输技术发展现状与趋势展开了相应的讨论。

一、 我国无线电能传输技术发展现状

20世纪初，我国的WPT研究工作才开始加以展开。但是在我国举国体制的影响下，WPT技术发展迅速，取得了重要的突破。目前我国研究WPT技术的主要是东南大学、武汉大学、重庆大学、中科院电工研究所和中兴等公司单位。

从东南大学的技术研究来看，其主要研究的是MCRWPT技术。目前已经在电动汽车无线充电技术方面取得了重大的突破，能够有效地对电压与功率进行在线控制，目前该技术已经较为广泛地运用于BYD等新能源电动汽车之中。从现有的技术发展来看，已经能够实现30厘米内的3KW功率输出。同时，其在三维供电、无人机供电方面展开了相应的技术研究。

从哈尔滨大学的研究来看，其早已经成功地研制出在20厘米空气隙下传输4KW的实验装置。武汉大学方面已经研制出WPT高压输电线路取能技术，并且已经能够成熟的进行相应的使用。重庆大学方面则是在ICWPT技术方面展开了深入的研究，已经能够成熟地实现电动车动态无线供电。天津工业大学方面则是注重对高速列车WPT技术进行了研究，并且已经成功地研制出了无线充电模型。中国科学院电工研究所则是在空间太阳能电站MWPT和激光WPT技术方面展开了相应的研究，并且已经取得了相应的技术成熟。

二、 无线电能传输技术主要类型

（一）微波无线电能传输

通过在卫星表面安装大型太阳能光伏电板发电的太空光伏发电技术，在电能传输方面即需要依赖微波无线电能传输技术，该种技术能够在较远的距离内完成更为稳定的电能传输。微波无线电能传输的主要优势在于无需建造发电厂以及用电方之间的电能传输渠道，因此该种技术能够满足边远地区用电的需求。

使用微波进行无线电能传输，电能能够在300MHz到300GHz的频率进行传输，该种技术远程传输过程中电能消耗相对较小，但使用该种技术的情况下能量转化的消耗相对较高，微波传输的电能需要使用二极管重新转化为能够使用的电能，而二极管设备对能源的消耗相对较高。针对微波电能传输存在的普遍性问题，一般需要通过下述措施解决。微波发射过程中，需要采用PPL移相器设备对电压相位进行控制，使得电能的消耗能够得到更为有效的控制。而基于Class E整流电路，采用两步式的AC-DC同步整流电路，能够将原本的电路划分为前级整流电路以及后级阻抗匹配电路两部分，前级电路能够对输入的交流电进行整流，后级电路在负载电阻变化的情况下能够维持阻抗的稳定性。对该整流电路的实验结果显示，该电路能够将阻抗维持在50Ω左右。

（二）磁耦合无线电能传输

磁耦合无线电能传输技术即MCR-WPT技术，该技术当前在多个领域当中已经获得了较为普遍的应用，如电动车辆电能供给等层面该种技术已经得到了有效的应用。MCR-WPT基于共振耦合原理，该技术使用过程中确定的对技术应用造成影响的主要因素包括MCR-WPT传输过程中频率分裂能够导致电能的损失，而该种传输模式下发射端以及接收端抗阻适配同样能够导致频率分裂出现。

中外研究者针对MCR-WPT技术应用过程中存在的实际问题，通过下述措施进行了优化以及调整。①采用动态补偿措施，频率偏移出现时能够在发射端增加相控电感电路使得电感等效成为可变电感，实现动态补偿；②采用设备对发射以及接收端安装电压、电流以及功率监测设备能够根据谐振变化情况进行设备调整；③电容以及电感元件对谐振变化较为敏感，因此针对谐振变化较大的系统，通过使用复合元件能够提高动态补偿的有效性；④在系统当中加入测量线圈能够明确系统是否处于谐振状态，并以此明确系统是否需要进行动态补偿；⑤根据系统的耦合表现以及耦合需求，对系统线圈结构进行调整即能够较为有效降低谐振对系统的影响；⑥系统可能受到谐振影响的部分，通过增加小型谐振器能够起到对系统有效的调整。

（三）电磁感应无线电能传输

在电子设备小型化不断发展的情况下，传统的有限充电模式不仅对设备的使用能够产生一定的限制，且有效电能传输过程中线路的损耗相对较高。因此当前根据小功率设备电能传输的相关需求，小功率短距离无线电能传输的需求已经不断提高，而目前该种类型电能传输主要依靠电磁感应实现。感应式的无线传输通过感应耦合的形式实现，传输系统包含两个感应线圈，发射端与电源相连，接收端与负载相连。在电源的影响下发射端产生磁场，被接收端接受，并由负载转化成为可供使用的电能，该传输模式包含两个完整的回路。

在小功率短距离无线电能传输方面，电磁感应技术已经相对较为成熟，设备以及相关标准的成熟使得该种技术在小型化、低电能需求设备的充电以及电能供给方面能够发挥较好的效果。但该种技术由于受环境影响较为显著，因此一旦所处环境较为复杂则该技术的传输效率将出现大幅下降，因此根据该技术的发展情况当前该种技术并不适合进行长距离的传输，且由于该技术用于大功率传输时，对设备的要求相对较高，因此当前该种技术依然主要用于小功率的电能传输。

三、 我国无线电能传输技术发展的策略

我国无线电能传输技术发展速度相对较快，研究机构以及企业在无线电能传输方面已经获得了一定研究成果，目前我国无线电能发展的主要问题在于依然缺乏行业的标准同时缺乏对应的管理机构。

当前我国已经成立的无线电能传输相关标准化机构包括TC79，该机构主要承担无线电能传输干扰相关领域的标准化工作；TC114则为汽车行业无线电能传输标准化管理机构，主要负责电动汽车以及其他电动车辆的无线电能传输标准化工作；TC46为家用电器无线电能传输标准化责任机构；TC28为信息标准化机构，承担无线电能传输相关信息标准以及信息技术标准化工作。从我国当前无线电能传输的标准化发展情况来看，我国并未形成系统性标准化管理结构，无线电能传输标准化依然存在一定程度不足。

在无线电能应当能够满足标准化应用基本需求的情况下，国家必然需要成立能够满足系统性管理需求的标准化管理机构，标准化机构应当能够对我国无线电能传输相关所有工作进行标准化管理。

四、 总结

WPT技术是一种较为先进的技术。我国在该领域方面已经实现了重大突破，已经掌握了相应的核心技术，并且能够进行相应的产业化的运行。但是同西方发达国家相比依然存在较大的差距。在核心技术方面依然不足，缺乏相应的技术标准，难以实现有效的技术出口。在未来需要进行大力的研发和投入。只有这样才能够确保我国WPT技术达到国际甚至领先水平。

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