第92期沙龙回顾：电动汽车电能传输及异物检测的奥秘
2023年6月17日下午15：00，重庆大学研究生创新实践基地第92期创新创业沙龙“电动汽车无线电能传输及异物检测技术”在腾讯会议APP上顺利举办，共计五十余人参与。本次沙龙过程中，主讲人从三个方面介绍了电动汽车电能传输及异物检测，此次沙龙提高了研究生的技术应用能力，为以后的工作打下坚实基础。
第92期创新创业沙龙，我们邀请到了重庆大学自动化学院研究生，王婧玥同学。王婧玥同学研究方向为无线电能传输。获第八届中国“互联网+”创新创业大赛全国银奖，第十一届重庆市科会慧研究生创新创业大赛科技创新组一等奖，第十七届中国研究生电子设计竞赛西南赛区二等奖。目前为团队电动汽车高效安全充电项目异物检测部分的负责人，已发表一篇相关专利，已申请一篇相关论文（受理中）。接下来我们简要回顾一下本期沙龙。
一、相关背景
1.电动汽车
新能源电动汽车具有较为广阔的发展前景，随着全球能源危机的不断加剧，各国的政策不断出台，加上其经济环保等优点，电动汽车成为了现代社会的必然发展趋势。相比于传统燃油车，电动汽车在可持续性、节能环保等方面具有明显的优势。在未来的交通领域，电动汽车势必成为发展的主角。
按照既定政策，也就是各国目前对汽车产业或交通运输行业的要求，到2030年，全球电动汽车的存量将达到2亿辆，年均增长超过30%。按照这个设想，到2025年，全球电动汽车销量将达到1800万辆，到2030年，全球电动汽车销量将达到3000万辆。
同时，如果目标达成，到时全球电动汽车的数量将占到汽车总数的10%左右。以及综合碳排放政策，到2030年全球电动汽车的存量将会在2亿-3.5亿辆之间，2030年全球销辆将会在1800万-6500万辆之间。
2. 有线充电
目前市场上电动汽车使用的充电方式均为有线充电，这种电能传输的形式是通过插头和插座的直接接触进行充电，依靠插头接触实现电能的传输会产生接触不可靠、接触电阻温度升高引起损坏、火花甚至触电危险，并且还会有积灰，无法适用于恶劣环境。
二、无线电能传输技术
无线电能传输技术(Wireless Power Transfer Technology)是一种通过电磁效应或者能量交换作用实现从电源到负载无电气接触地进行电能传输的新型输电技术，目前主要包括:磁耦合，电场耦合微波，磁共振，激光等。其中磁耦合无线电能传输是应用最为广泛的电能传输形式。
相比于传统的接触式充电方式，无线充电因具有更高的可靠性与安全性、占地空间更小、使用方式灵活、不易受外界环境因素干扰、与电网互动能力强、可在某些极端环境和特殊条件下应用等优点，从而发展迅猛，且随着理论成果研究层面向商业化发展的进程不断加快，无线电能传输技术已经在电动汽车、无人机、植入医疗设备、消费类电子产品、家用电器等领域得到了一定的推广应用。
在电动汽车无线充电应用中，传统利用充电桩的充电方式不可避免的会有漏电，占地面积大，充电不灵活不方便，接触不可靠等的问题。而无线电能传输的方式可以很好的解决以上的问题，也很好地助力了电动汽车的推广。
从功率等级以及应用对象方面，EVWPT可分为商用车/重型车辆、乘用车/轻型车辆两类，对于商用车/重型车辆，WPT的功率等级一般在30kW以上，最大可达到几百kW;对于车用车/轻型车辆WPT的功率等级一般在20kW以下，按照WPT系统输入功率等级分类，常用的为11kW、7.7kw以3.7kW三类。
三、异物检测技术
1.简介
电动汽车无线充电系统的核心技术是异物检测、最佳功率传输、平板布置和电磁干扰。其中直接关系到充电安全的异物检测技术还不成熟。
对于电动汽车而言，发射线圈与接收线圈的间隙一般为20cm，在电过程中很可能会有异物进入到此区域。当金属异物进入这个区域时，有可能改变耦合结构的工作参数影响充电效率，严重时会使充电无法正常进行。同时金属异物由于涡流效应会引发火灾、人身伤害等危险，另一方面，生物体本身具有电阻抗，小动物可以进入充区域，在如此强的磁场下，会对生物体本身造成伤害。
2.原理
人体从微观的角度可以看成是一个个细胞和细胞外液组成，其中细胞又可以看成是细胞膜和细胞内液(即细胞核和细胞质等)组成，细胸外液和细胞内液电学性质趋于电阻，而细胞膜趋于电容。因此，经常将人体的等效电路化为电阻电容组成的网络。其中Ri为细胞内液等效电阻，Re为细胞外液等效电阻，Cm为细胞
膜等效电容。
然而生物体不仅仅只是如三元等效模型所表现的这般简单，生物体在低频磁场环境表现为兴奋性膜兴奋，在中频磁场环境表现为热效应，而当处于高频磁场环境则表现为非热效应。生物体内的组织和体液都是导电的，这在交变磁场环境下会产生涡流效应:而当生物体接近检测线圈附近时还会使得检测线圈杂散参数改变，这些影响都会引起线圈阻抗的变化。
3.研究现状
3.1传感器异物检测技术
需要借助传感器设备实现异物检测。如雷达传感器、超声波传感器、温度传感器、热成像相机、光学传感器等，该类技术通常可以同时检测生物体异物及金属异物。
3.2系统参数异物检测技术
系统参数异物检测技术主要针对金属异物，通过检测系统某些参数如电压、电流、谐振频率、功率损耗、线圈品质因数等，根据这些参数的变化判断系统中是否有异物介入。
3.3辅助线圈异物检测技术
将检测线圈铺设在发射线圈上方，当金属异物靠近检测区域时，检测线圈的电感、阻抗等参数会发生改变，因此实现异物检测。
然后对三种技术进行对比。
最后介绍了技术中的系统构架设计，检测线圈阵列，系统的软件设计，实验验证及项目应用。
此次线上活动回放链接：
链接: https://pan.baidu.com/s/1l5w9Wq3s9zFSkUKZ8Un3sQ
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主 办：古天乐太阳集团
重庆大学科学技术协会
承 办：重庆大学研究生创新实践基地
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2023年6月23日
