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( 二 ) 近年来

重庆大学科研人员介绍了相关文献中关于EC-WPT技术的概念，阐述了EC-WPT系统的基本工作原理，论述了EC-WPT技术的系统建模、耦合机构、高频功率变换器、谐振网络、控制方法和电能信号并行传输等相关理论研究，以及该技术在消费电子、植入式医疗装置、工业制造、电动汽车和水下设备等领域的应用情况。
科研人员重点围绕单电容无线电能传输、跨越金属传能、电容耦合机构损耗模型、磁场耦合与电场耦合混合型WPT系统、安全问题五个方面进行展望并讨论EC-WPT技术未来值得关注的研究方向。
1单电容无线电能传输
目前的EC-WPT系统研究中，耦合机构需要两对金属极板构成完整的电气回路，将电能从发射端传输到接收端，而两对耦合极板往往会引起以下问题：
①多块耦合极板的交叉耦合随着耦合距离增加会更加显著，这在增加系统复杂度的同时影响电能传输；②当金属障碍物横跨两对耦合极板的耦合区时，系统难以实现穿越金属障碍传能；③平行式耦合机构所占空间较大、层叠式耦合机构设计复杂等。
近年来，国内外研究学者在EC-WPT系统的实验中偶然发现，仅用一对金属极板时仍然能传输电能，其简化电路如图2所示。需要说明的是，单电容EC-WPT系统电能发射端往往是固定的，一些情况电能发射端可以连接大地以提升系统传输功率和效率。单电容EC-WPT系统的电能发射端和接收端仅采用一块金属极板作为电极，能很好地解决两对耦合极板引起的问题，因此单电容EC-WPT系统的耦合机构更加简单灵活、系统更易跨越金属传能。

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图2单电容无线电能传输系统简化电路
相比于传统EC-WPT系统，单电容耦合无线电能传输系统在拓扑形式上没有一个完整的电气回路，所以适用于传统EC-WPT系统中的分析方法无法直接应用于单电容耦合WPT系统的建模与分析中。目前已有少量参考文献对单电容无线电能传输系统开展了研究，但目前尚未得到理论与实验完全相符的结果。诠释单电容耦合WPT系统的传输机理是系统所有研究工作的首要前提，有必要对其电能传输机理进行深入剖析。
单电容耦合无线电能传输是EC-WPT技术的重要分支，研究和推动单电容耦合WPT技术的应用与发展，将有利于拓展和促进电场耦合无线电能传输相关理论与技术的进步。
2跨越金属传能
众所周知，电场耦合无线电能传输技术可以实现跨越金属传能，然而纵观EC-WPT的研究却少有这方面的研究成果。金属障碍如图3a所示，金属障碍在处于其中一对耦合极板之间时，金属障碍足够小时几乎不影响系统的传输性能，因此EC-WPT系统能够实现跨域金属传能。
然而，当出现以下情形时：①金属障碍跨越平行式耦合机构的两对耦合极板，如图3b所示；②金属障碍尺寸大于耦合极板尺寸且接地，如图3c所示；③金属障碍大于层叠式耦合机构的尺寸，如图3d所示；系统发射极板和接收极板间的电场分布可能被金属障碍影响或者阻断， EC-WPT系统的电能传输会受到很大的影响乃至于不能传输电能。

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图3金属障碍在耦合机构中间的不同形式
围绕EC-WPT系统跨越金属传能只有很少量的研究，有学者提出一种结合电场耦合与磁场耦合的方法实现跨越金属障碍传能，利用电场耦合在金属障碍中产生高频交流电，从而通过磁场耦合传输电能。此外，金属障碍与EC-WPT系统之间存在耦合电容，当这些电容不能忽略时会影响系统传输性能。