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一种新型汽车无线充电装置设计

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陈威程卓陈鑫

摘要：本文介绍了一种新型的汽车远距离无线充电装置，以及该装置的基本结构，工作原理和工作特点。具体阐述了该装置的未来前景，以及它在未来工作生活中的重要作用。该装置运用了电磁感应原理，具备安全环保的理念，如能大力推广，必将使新能源车代替燃油汽车引领主导地位，而燃油车辆的减少会成为解决大气污染重要的一环。其次目前大部分的充电汽车都是有线型，若是忘记携带充电设备，将会给我们的出行带来巨大的麻烦，因此该装置不仅安全环保还能给我们的工作生活带来极大的便捷。

关键词：无线充电;电磁感应;环保

1.引言

随着经济和科技领域的双向腾飞发展，无线充电在消费电子领域市场巨大，除运用于智能手机智能手表等可穿戴设备、平板电脑等诸多消费电子终端产品之外，无线充电技术还将用于新能源汽车方面，但是现阶段新能源车相较燃油车单次行驶里程过短、频繁充电和充电桩难找，无线充电技术装置可以解决充电频繁问题，在这一场新革命中占据着重要地位。因此，无线充电技术装置将来有着很大的市场前景。

2.主体设计

2.1设计原理

所谓无线充能就是能够将它种形式的能量转化为电能，以空间作为传递能量的介质，发射无线电能的方式，因此我们就需要设置发射装置，接收装置以及一个超大的电容。需要给电容一些充电时间，因此发射端可以根据STC12CA60S2单片机的原理设计一个内部定时开关，接通电源后单片机内部定时器开始准确的计时，为了能足够充电，可设置倒计时为一分钟，在一分钟倒计时结束之后，发射端的线圈断开连接，停止提供电流。而接受装置需要将接收到的交流电压转化为稳定的直流电压，进而对超大电容进行充电。这样才能够使电机达到自启动的效果。自启动的电路模板可以参考TPC8111，制作自启动电路的核心芯片。如图1所示。

2.2电路设计

谐振网络包括电感，电容和分流电容，与外部电路无能量交换。首先无线电能传输接收端的充电需要直流电，从电网发射出去的电流经过电力电子变换器，同时接收线圈上有整流滤波电路，能够感应到能量，从而将感应的能量直接进行过滤转换，使接收线圈感应的交流电直接转变为直流电，但是整流后的电压可能会超过电容所承受的最大耐压值，因此我们需要使用LM2596降压模块把电压值下降到电容能够承受的范围内。如图2所示。

2.3能源电池

（1）能源电池的选择

从性能考虑，由于锂电池能量比较大，储存能量的密度就比较大，额定功率高，高低温适应能力强，经过工艺上处理，可以在-45°到60°的环境下使用。同时具备到功率的承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速，尤其是它的自放电率极低，这是该电池由于其他电池重要原因之一。

从生态及便捷方面考虑考虑，其使用寿命长，一般可达到六年以上，从而减少替换的次数。其体重轻，优于多数电池的几倍，也符合我们设计的初心。而且生产该电池几乎不消耗水资源，为缺水的地区节约能源，然后绿色环保，不论生产，使用和报废，都不含有，也不产生任何有毒有害的重金属元素及物质。

但是锂电池也有不好的地方，它对充电模式的要求比较高，如果操作方式不当，其充电速度，充电效率可能都会减慢，还会导致温度省道寿命缩短，甚至有爆炸的危险。因此我们需要ZigBee无线通信技术给我们一个负反馈调节，能够随时获取锂电池的信息状态。

（2）锂电池的工作原理

智能充电法

智能充电是目前较先进的充电方法，如下图所示，其主要原理是应用du/dt和di/dt控制技术，通过检查电池电压和电流的增量来判断电池充电状态，动态跟踪电池可接受的充电电流，使充电电流自始自终在电池可接受的最大充电曲线附近。这类智能方法，一般结合神经网络和模糊控制等先进算法技术，实现系统的自动优化。

脉冲充电

主要包括三个阶段：预充、恒流充电和脉冲充电。在恒流充电过程中以恒定电流对电池进行充电，部分能量被转移到电池内部。当电池电压上升到上限电压（4.2V）时，进入脉冲充电模式：用1C的脉冲电流间歇地对电池充电。在恒定的充电时间Tc内电池电压会不断升高，充电停止时电压会慢慢下降。当电池电压下降到上限电压（4.2V）后，以同样的电流值对电池充电，开始下一个充电周期，如此循环充电直到电池充满。在脉冲充电过程中，电池电压下降速度会渐渐减慢，停充时间T0会变長，当恒流充电占空比低至5%～10%时，认为电池已经充满，终止充电。与常规充电方法相比，脉冲充电能以较大的电流充电，在停充期电池的浓差极化和欧姆极化会被消除，使下一轮的充电更加顺利地进行，充电速度快、温度的变化小、对电池寿命影响小，因而目前被广泛使用。但其缺点很明显：需要一个有限流功能的电源，这增加了脉冲充电方式的成本。

3.生产要求和测试

（1）考虑到充电汽车的性能问题，相同的汽车可能由