基于移动无线供电技术的智能绿色城市车辆供能系统

【摘 要】现今社会为减少碳排放，鼓励公共交通出行、环保型公交车的推广，电动公交车已经成为公交发展的必然趋势。随之，电动公交车的续航能力、公交车电力使用安全的问题逐渐被推到风口浪尖。本文提出使用移动无线供电技术，在车辆行驶中持续充电，保证电能不成为限制电动车行驶的短板，使电能完全具有取代化石能源的可能性。

【关键词】移动；无线供电；电动公交车

一、能源环境背景与现有公交车现状分析

现今社会，工业水平飞速发展，人们的生活水平不断提高，与此同时，汽车保有量也不断上升，化石燃料的消耗量飞速上升。工业的高度发展，带来了许多负面产物，就能源方面来说，化石能源的大量使用，尤其是石油和煤炭资源，导致世界各国和煤炭资源几近枯竭，火力发电和交通行业受到非常大的影响，各行各业纷纷寻求能源转型。以公交车为例，为了减少对石油能源的依赖，燃气公交车得到了广泛的认可，但始终无法摆脱对化石能源的依赖，随着能源的不断消耗，人们终将面临新的能源革命。

公交车系统作为现代城市必须的公共交通手段，在一个城市的旅客运输中起着无法替代的作用。成都市作为中国西南第一大城市，其公交系统发展程度位居全国前三，公交系统在成都的通勤作用不可代替。

从能源、环境以及可持续发展的角度考虑，电力公交车具有更加广阔的发展空间，而现有电力公交车在运行能力方面已经可以满足需求，但是电力公交车最大的问题就是续航能力不足，充电时间长，电池损耗速度快。而目前还没有成型的方案能够兼顾公交车发展的各个方面。

二、系统设计的目标与意义

本文针对上述问题，提出使用电动公交车无线供电技术，在公交车行驶中持续充电，保证电能不成为限制电动公交车行驶的短板，使电能完全具有取代化石能源的可能性。

通过对无线充电系统的实现，可实现以下几点目标：

1、通过不停地向电动公交车输送电能，使电动公交车的可靠性大大提升，不仅可以极大地减少对化石能源的依赖，而且在不降低公交车载运能力的基础上实现零排放。

通过在行驶中充电，使得电动公交车补充能量和上线行驶同步运行，可以极大提高电动公交车的续航能力，提高公交车使用效率，减少公交公司成本等。

为了不让所有供电设备一直处于工作状态，使用无线射频识别技术自动控制路面充电设备的运行与待机，最大程度的节约电能。

4、通过安全防护系统保护充电系统对乘客、行人和社会车辆的安全，并且设置备用供电站，最大程度减少意外停电对系统运行的影响。

5、使用Zigbee技术实时监测电动公交车运行时供电端和接收端的电流电压、电池温度等参数，尽早发现系统存在的问题以防止恶略事件的发生。

通过完成以上目标，基本实现电力公交无线充电系统的正常运行，为以后公交车系统的发展提供一份可靠方案。

三、系统整体构成

系统整体按照安置位置的不同被分为三个部门：路面子系统、车载子系统、调度所子系统。下面将分子系统的详细介绍系统的构成。

1、路面子系统

该子系统主要由三部分构成：安全防护设备、充电发送设备、RFID接收应答器。

（1）、安全防护设备是为了保证路面下供电段的正常稳定工作而设定的，其包含电流电压检测设备、温度检测设备，并通过Zigbee子节点收集每个充电段的监测参数，并汇总发回调度所。

（2）、充电发送设备（供电端）：路面供电设备采用分段独立工作的方式，将长度约为公交车车身长度的一段供电设备集中控制，统一开关，称为一个供电段，RFID连接的控制器自动控制其运行。

（3）、RFID接收器（应答器）：其接受进入识别范围的电动公交车RFID发送端发来的识别信号，指挥对应的供电端进入充电范围的电动公交车进行移动无线充电。当公交车离开识别范围，RFID接收器即控制相应供电段保持待机状态，停止提供电能。

2、车载子系统

该子系统主要由四部分构成：RFID发射器、充电接收设备、车载电脑以及安全防护设施。

（1）、RFID发射器用于与路面RFID接收器相匹配以识别公交车身份。

（2）、充电接收设备：主要包括电能接收端、整流器、稳压器、电池模块等原件。该设备的功能就是将发电端发送来的电能供车辆行驶并储存在电池中。

（3）、安全防护设备：包括车内烟雾检测器、电池电量检测、电池温度检测器、车内电路电流电压检测器等检测设备。

（4）、车载电脑：车载电脑负责汇总整理并保存车内所有的数据，并将必要数据实时发送会调度站的服务器。

4、调度所子系统

其是指挥并监测车辆行驶的指挥站。

（1）显示器：实时显示任意一辆电动公交车运行的速度曲线、电池温度变化曲线、车载充电设备和地面充电设备电流电压变化曲线以及公交车所处的位置。

（2）报警器：配合调度所主机使用，在主机接收到报警数据时，报警器即开始报警。

四、系统应用前景

新型移动无线充电公交车通过电磁谐振技术实现无线充电，采用RFID技术实现对充电设备的控制，采用Zigbee技术实现检测数据的实时传输，使用的技术都是新技术，在发展空间方面具有较大优势，同时，延续了电动公交车本身零排放的优点，解决了电动公交车本身最大的问题――续航能力的问题，并且克服了交通行业对化石能源的依赖，具有较好的可持续发展性。

总而言之，系统集中了许多适应现代社会发展的优点，适应现代公共交通的发展潮流，具有十分宽广的应用前景。

参考文献：

[1] Prof. Chun T. Rim，《The Development and Deployment of On-Line Electric Vehicles （OLEV）》，论文，2013.7

[2] 陈识为，《纯电动公交车电传动系统研究》，硕士论文，2012.5

[3] 马荣国，《城市公共交通系统发展问题研究》，博士论文，2003.6

[4] 申彪贤，《盘点国外的无线充电公交》，世界之窗，2013.04