问题描述

无线电能传输技术是一项电力传输领域的变革性和颠覆性技术，契合产业智能化、网联化、无人化、低碳化的发展战略。在新能源汽车、轨道交通、电力系统自动巡检装备、水下无人运动装备、便携式电子设备等领域有着明确和迫切的应用需求，在国防领域装备方面可为海、陆、空、天等武器系统提供稳定、可靠的电力解决方案。该技术及其推广应用已经引起欧美等发达国家的高度重视。

大功率无线传能技术面向电气化交通以及水下无人装备等大功率应用场景需求，以提升传能空间灵活性、稳定输出能效、环境适应能力以及装置功率密度等为目标，重点攻克百千瓦级高频谐振变换技术及装置、大偏移多自由度高功率密度磁能耦合机构、电磁兼容与生物安全及电磁防护等重大工程技术难题；开发面向复杂环境大功率无线电能传输应用的新型系统架构与关键模块；构建面向电气化交通以及水下大功率无线传能应用示范及测试系统。

问题背景

19世纪中后期，著名电气工程师尼古拉·特斯拉提出了无线电能传输技术，并进行了相关实验研究。到2017年，美国斯坦福大学在《Nature》上发表论文，将无线供电技术发展推向了一个崭新的阶段。

交通电气化无线电能传输技术应用将从能量供给方面颠覆传统的接触供电方式，避免接触供电带来的一系列弊端和安全隐患，并赋予交通系统与电力系统的交互属性。例如，在电动汽车方面，利用无线电能传输的即停即充功能，充分发挥移动储能特性、建立与电网的良好互动机制，实现电动汽车群体对电网的负荷曲线调节，为电网的稳定高效运行提供重要保障；在轨道交通方面，大功率无线供电系统将极大提升交通电气化的可靠性、安全性以及为更高速度的轨道交通的实现提供必要基础，可通过电磁场传输能量从根本上避免弓网故障，为以真空管道为代表的下一代轨道交通系统（1000+km/h）提供可靠的供电技术。此外，随着我国海洋开发和利用的战略发展，水下中大型装备（潜航器、水下布防装备、水下无人系统等）的安全、灵活、可靠的电能保障技术成为制约海洋装备的发展和应用。水下大功率无线充电/供电技术及装备技术已引起美国、日本和欧洲发达国家的高度重视，目前各国都还处于试制和探索性阶段，我们必须加快开发和推广进程。

目前，全世界已有多条千瓦级的电动汽车动态充电路段和示范线在实施运行和建设之中，国内电动汽车动态无线充电技术的研究也在紧锣密鼓的推进中。2018年国网江苏省电力公司、东南大学、重庆大学在同里古镇建成了500米动态无线供电道路，还具备路面光伏发电、车辆无人驾驶功能；同年中国电科院牵头承担的国内首条百米级电动汽车在线式无线供电实验路段在张家口市张北通过验收；2021年重庆大学和广西南宁电科院联手开发了50米长的公交大巴士动态无线供电和驻车静态无线充电应用示范系统，无论功率等级还是抗偏移能力等指标以及系统的智能化运行模式都进入国内领先水平。

专家预言，无线电能传输技术及产品开发将成为本世纪电力电子应用最活跃的研究领域之一，也将是工业自动化及能源利用的重点投资领域之一。在供电和电源领域，无线电能传输技术则是电气设备电源接入最后一米工程的最佳解决方案。

最新进展（截止问题发布年度）

大功率无线电能传输技术（系统）目前所面临的重大工程技术问题，大致可分为以下几个方面：

大偏移多自由度高功率密度磁能耦合机构。电能传输的耦合距离以及空间自由度的苛刻要求严重制约了无线电能传输技术的推广应用。需要研究高适应性、高自由度的近场电磁耦合理论和机构，如带中继谐振器的交叉耦合系统理论和机构、可实现能量定向高效传输的阵列化耦合机构等；

面向大功率WPT系统应用的大功率谐振电能变换装置研发。随着城市化轨道交通、商用电动车及电动船的发展，无线电能传输系统的功率等级越来越高。受开关器件及无源元件的容量与成本限制，现有单模块无线电能传输系统已无法满足大功率需求。需要研究面向长距离电气化交通大功率双向应用的多模块双向无线电能传输系统；

电磁兼容与生物安全及电磁防护相关技术。目前无线电能传输系统多基于中高频电磁场，产生的电磁辐射是对电磁兼容和生物安全的严峻考验。因此，需要研究无线电能传输系统的电磁兼容技术、电磁环境调控和电磁屏蔽技术、金属异物存在时功率磁场的分布规律及特征、安全通用高速高精度的定位检测技术、异物与功率磁场及异物检测单元的作用机制、无检测盲区的新型金属异物和活物检测方法等。

重要意义

无线电能传输技术作为一种新型电力传输和电源接入技术，一方面解决了众多应用领域（如人体植入式电子设备）中传统有线充/供电面临的困难，另一方面孕育出了如移动电子设备和电动汽车无线充/供电等新的应用领域，并赋能我国在深空、深海、极地的新型供电方式的探索与开发，对国民经济和国防军工具有重大的战略意义。

在国家发展改革委、国家能源局于2016年3月下发的《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》中，无线充电技术被多次提及，并要求到2020年，以电动汽车无线充电为突破点和应用对象，研发高效率、低成本的无线电能传输系统，实现即停即充、甚至在行驶中充电。可见，在国家政策层面，无线充电深受国家重视，并成为技术创新的重点任务之一。

整体而言，无线电能传输技术还是一种新兴的电能传输技术，经过近20年的发展，在基础理论方面已经取得了较大的突破，并开始逐步走向产业化。目前，市场销售的成熟无线电源产品主要集中于小功率的手机无线充电产品，待攻克以上大功率无线电能传输工程技术难点后，成熟的中大功率无线电源商品也将逐步走向市场。此外，大功率无线电能传输技术还可应用于复杂极端环境，实现数十千瓦量级、适应水深达到千米的水下无线传能系统、轨道交通高速运行条件下的兆瓦级无线电能传输等。