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完成单位：哈尔滨工业大学、中国电力科学研究院有限公司

主要完成人：宋凯、董帅、刘超群、张剑韬、姜金海、朱春波、王松岑

项目亮点

本项目研制了行进式电动汽车用大功率无线供电装置及系统，提出了具有高经济性、高安全性、高可靠性的原理方案，项目成果整体达到国际先进水平，适合大规模产业化推广应用。

项目介绍

电动汽车在世界范围内得到高度重视，其研究也取得较大进展。然而，由于储能技术的限制，续航里程一直是电动汽车行业发展的痛点。行进式电动汽车无线供电以高频磁场为传输介质，避免了传统充电方式中大量的供电线缆的束缚，实现了在车辆行进过程中为车辆电池实时补电，成为解决续航里程这一瓶颈问题的新思路。

由于电能直接从电网到电动汽车，该方案的重要价值体现在：（1）可大幅度降低电池用量到目前的10%，减少了资源和环保的压力；（2）整车成本大幅度降低，有利于扩大市场份额；（3）充电无需等待；（4）充电设施全部地埋，不再占用地上面积；（5）电动汽车可走向高速公路；（6）不受寒冷地区低温制约。

该项目研制了行进式电动汽车用大功率无线供电装置及系统，提出了具有高经济性、高安全性、高可靠性的原理方案，重点突破了高效率强侧移磁耦合机构设计、多参数扰动下动态阻抗匹配、分段导轨自动柔性供电等关键技术，并建立了相关的理论体系与设计方法。提出的新型磁耦合机构及控制技术与国内外技术相比功率密度高、侧移能力强、接收端输出波动小，项目成果整体达到国际先进水平，成果适合大规模产业化推广应用，具有自主知识产权。

1）设计了基于磁耦合谐振原理的行进式耦合机构；研究了材料和结构参数对传输效率和功率等性能的影响；开展了新型磁耦合机构结构设计的攻关研究，提出了高效率、高功率密度和强侧移的结构设计方案。

2）建立了多维多参数系统仿真模型，分析了不同拓扑结构的频响特性和参数敏感性；提出了车辆空间偏移、路段影响引起的参数漂移等多干扰下的鲁棒控制策略，提高了系统动态响应速度和无线传能的稳定性。

3）建立了分段导轨多目标优化模型，提出了发射导轨分段配电方案，实现了路面供电端“电随车走”。供电系统柔性协同运行，大幅度减少电源用量降低系统成本。建成了百米级行进式电动汽车用大功率无线供电路段，包括直道、斜坡等路况场景，为未来公里级规模电动汽车无线充电示范工程的规划和建设奠定了坚实的基础。

该项目获授权发明专利15项，参与编制国家标准1项，与4家企业合作进行了成果转让及推广应用，项目关键技术成果已投入到中国电力科学研究院有限公司、郑州宇通客车股份有限公司、北京国网普瑞特高压输电技术公司、华为技术有限公司等国内知名企业产品开发及项目应用中。

项目图片

项目完成单位

哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学无线电能传输技术团队，自2007年开始磁耦合谐振无线电能传输技术研究，2011年开始电动汽车无线充电技术研究，开展了高性能磁耦合机构、谐振补偿拓扑、动态协调控制等技术的理论研究和技术攻关，在国家电网公司科技项目以及国家自然科学基金持续支持下，分别于2015、2018年建立了两个功率等级（20kW和200kW）的室内试验平台，2016年建立了100米室内实车试验线，2017年在张北国网风光储实验基地建立了180米实车试验线。目前正在张北建立40kW试验线（张北二期），以及和宇通客车合作，在郑州建立80kW大功率试验线。团队现有教师8人、工程师10人，硕士、博士研究生40余人，先后承担了国家863计划电动汽车领域重大项目、国家自然基金以及各部委、企业合作项目50余项。培养研究生100余人、发表期刊论文100余篇，申请发明专利150余项，已授权80余项。在本项目中，哈尔滨工业大学发明了一种具有高效率强侧移能力的磁耦合机构，提出了基于切换控制理论的发射端恒流输出及谐振状态跟踪控制策略，突破了本项目中关键理论问题。

中国电力科学研究院有限公司

中国电力科学研究院有限公司（以下简称中国电科院）成立于1951年，是中国电力行业多学科、综合性的科研机构。中国电科院无线输电技术研究团队相关人员作为前瞻性技术领域专家组成员，全程参与并负责了国家电网公司中长期规划、“十三五”发展规划及2016年科技项目指南中无线充电部分的编制工作。在“十二五”期间先后承担了国家电网公司“中短程无线电力传输技术及安全标准研究”、“在线监测设备共振磁耦合无线供电技术研究及电源研制”等项目的研究工作，在项目的支持下，设计并构建了多组百瓦级电磁共振式无线充电试验系统，深入研究了不同频率不同距离无线充电的电磁、功率及效率特性，积累了大量的研究基础。在本项目中，中国电科院建设了百米级行进式电动汽车用大功率无线供电示范工程路段，结合大功率充电设备使用状况、路段选址以及土建施工经验，从耦合机构外部防护、原副边电力变换设备上对系统设计要点和装置选型要点提出了合理的方案。

第一完成人简介

宋凯

副教授 哈尔滨工业大学

宋凯，副教授、博导。分别于2005年、2011年在哈尔滨工业大学获得学士和博士学位。2014年8月至2015年7月，东京大学访问学者。现任中国电工技术学会无线电能传输技术专业委员会副秘书长，中国仪器仪表学会传感器分会理事，中国电源学会无线电能传输技术及装置专委会委员，IEEE Senior Member。主持国家自然科学基金3项，重大仪器专项子课题1项，军科委基础加强计划2项，航天科工、航天科技、国网公司项目等20余项，发表学术论文60余篇，撰写中英文专著和国家级规划教材3部，授权国家发明专利30余项，获黑龙江省科学技术奖、国网公司科技进步奖、中国电机工程学会优秀论文奖3项。主要从事磁耦合谐振式无线电能传输技术研究，包括磁路设计与电磁兼容、互操作性评价、极端环境能效提升。