重庆大学科研人员发表电场耦合无线电能传输技术的研究综述近年来

近年来，电场耦合无线电能传输（EC-WPT）技术迅速发展，在传输功率和传输距离上有了数量级的提升。重庆大学自动化学院、无线电能传输技术国际联合研究中心的研究人员卿晓东、苏玉刚，在2021年第17期《电工技术学报》上撰文，总结了国内外相关文献中关于EC-WPT技术的概念，简要介绍了EC-WPT系统的基本工作原理，论述了EC-WPT技术在系统建模、电场耦合机构、高频功率变换器、谐振网络、控制方法、电能与信号并行传输方面有指导价值的理论研究成果，分析了EC-WPT技术在消费电子、植入式医疗设备、工业制造、电动汽车、水下设备领域的应用，重点围绕单电容无线电能传输、跨越金属传能、电场耦合机构损耗模型、磁场耦合与电场耦合混合型WPT系统、安全问题五个方面阐述和讨论了EC-WPT技术未来值得关注的研究方向。

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无线电能传输（WirelessPowerTransfer ， WPT）技术是指综合应用电工理论、电力电子技术、控制理论，利用磁场、电场、微波等实现电能从电网或电池以非电气接触的方式传输至用电设备的技术。该技术可以有效地解决传统有线取电方式引起的设备灵活性受限和安全隐患的问题。也正是由于无线电能传输技术的创新性和应用潜力，该技术在2012年、2013年连续两年被世界经济论坛评为对未来人类生活方式产生重大影响的“十大新兴技术”之一。
目前，无线电能传输系统主要可以分为磁耦合无线电能传输（MagneticCouplingWirelessPowerTransfer,MC-WPT）、电场耦合无线电能传输（Electric-fieldCouplingWirelessPowerTransfer,EC-WPT）、激光无线电能传输（OpticalPowerTransfer,OPT）、微波无线电能传输（MicrowavePowerTransfer,MPT）、超声波无线电能传输（UltrasonicPowerTransfer,UPT）系统等。
其中，磁耦合无线电能传输技术发展较为成熟，应用也最为广泛。由于电场在许多特性上与磁场相似，而且两者在基本理论上呈现出对偶性，以电场为传输媒介的电场耦合无线电能传输技术也日益吸引了来自国内外学者的高度关注。
目前，主要有来自新西兰奥克兰大学，美国威斯康辛大学、圣地亚哥州立大学、康奈尔大学，加拿大阿尔伯塔大学，日本宇都宫大学，韩国大邱大学，蔚山大学和英国布鲁尔大学等海外研究机构的学者，以及大连理工大学、西南交通大学、昆明理工大学、华南理工大学、中国矿业大学和重庆大学的研究团队针对EC-WPT技术的各个领域开展研究。

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图1EC-WPT系统的典型结构
在国内外的相关文献中，电场耦合无线电能传输技术同时还被称为电容式电能传输（CapacitivePowerTransfer,CPT），电容无线电能传输（CapacitiveWirelessPowerTransfer,CWPT），电场耦合电能传输（Electric-fieldCoupledPowerTransfer,ECPT），电容耦合电能传输（CapacitivelyCoupledPowerTransfer,CCPT）技术。
EC-WPT系统利用高频电场传输电能，具有以下特点：耦合机构简易轻薄、形状易变、成本低；系统整体电磁干扰（ElectromagneticInterference,EMI）较低；可以跨越金属障碍传能；在耦合机构之间或周围的金属导体上引起的涡流损耗很小。因此，研究EC-WPT技术可以与MC-WPT技术进行优势互补，进一步拓展WPT技术的应用领域。
经过近些年的发展， EC-WPT技术在传输功率、传输效率和传输距离上有了数量级的提升，从一开始近距离（约mm）、小功率（＜100W）、低效率（约80%）的系统到现在的中距离（约300mm）、中等功率(＞1000W)、中等效率（约90%）的系统，在传输距离和传输功率上已经能满足许多WPT应用的需求。