2023電動(dòng)汽車(chē)三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

電動(dòng)汽車(chē)三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究綜述隨著環(huán)境問(wèn)題和能源危機(jī)的日益突出,電動(dòng)汽車(chē)成為大力推廣的環(huán)境友好型交通工具&然而,電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程受電池能量密度的限制,因此電動(dòng)汽車(chē)的靈活充電成為制約其發(fā)展的主要瓶頸之一&與有線(xiàn)充電方式相比,無(wú)線(xiàn)充電方式具有安全可靠,操作方便和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)&當(dāng)前的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)主要采用單相系統(tǒng)[1-4],與單相系統(tǒng)相比,三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更均勻的磁場(chǎng)分布,且具有功率密度高,輸出波動(dòng)小,抗偏移能力強(qiáng)和磁場(chǎng)泄漏低等優(yōu)點(diǎn)成為大功率電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電的最佳選擇&

本文基于國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的研究進(jìn)展,詳細(xì)分析了電磁耦合機(jī)構(gòu),補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和高頻逆變器等關(guān)鍵技術(shù),最后提出了電動(dòng)汽車(chē)三相無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)亟需解決的問(wèn)題和發(fā)展方向,為電動(dòng)汽車(chē)三相無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的研究提供參考&電動(dòng)汽車(chē)三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)電動(dòng)汽車(chē)三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要包括三相高頻逆變器,三相整流器,補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),三相發(fā)射線(xiàn)圈以及接收線(xiàn)圈&其原理是利用埋在地面下的發(fā)射線(xiàn)圈產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng),電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)自身攜帶的接收線(xiàn)圈拾取電能,從而給電池AA三相電源BBC CAA三相電源BBC CABC三相逆變器三相串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

三相發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈

三相串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

三相整流橋和濾波電路

單極性導(dǎo)軌圖1電動(dòng)汽車(chē)三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)Fig.1Typicalstructureofthree-phasewirelesschargingsystemforelectricvehicles磁耦合機(jī)構(gòu)是無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)中能量耦合的關(guān)鍵元件,當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)三相磁耦合機(jī)構(gòu)的研究主要側(cè)重于提高線(xiàn)圈之間耦合,提高抗偏移能力,減小線(xiàn)圈體積和減少成本等方面#根據(jù)能量收發(fā)端耦合空間相對(duì)位置是否變化,電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線(xiàn)充電方式可分為動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)電能傳輸D-PT(dynamicwirelezzpow-ertranzfer)和靜態(tài)無(wú)線(xiàn)電能傳輸S-PT(ztaticwirelezzpowertranzfer)#其中,動(dòng)態(tài)磁耦合機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)射端和接收端的尺寸關(guān)系可以分為長(zhǎng)導(dǎo)軌型結(jié)構(gòu)和線(xiàn)圈陣列型等結(jié)構(gòu)[8],靜態(tài)磁耦合機(jī)構(gòu)根據(jù)線(xiàn)圈形狀可劃分為圓形,矩形等結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)導(dǎo)軌型磁耦合機(jī)構(gòu)方面,新西蘭奧克蘭大學(xué)于2007年首次提出了三相長(zhǎng)導(dǎo)軌式磁耦合機(jī)構(gòu)[5],其發(fā)射端結(jié)構(gòu)如圖2所示#其中,單極性導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但各相線(xiàn)圈只能形成1個(gè)磁極方向;而雙極性導(dǎo)軌能形成2個(gè)磁極方向,同時(shí)產(chǎn)生垂直和平行導(dǎo)軌方向的磁通分量與單極性導(dǎo)軌相比,雙極性導(dǎo)軌具有線(xiàn)圈耦合更強(qiáng)和磁場(chǎng)泄漏更少等優(yōu)點(diǎn)#三相長(zhǎng)導(dǎo)軌式磁耦合機(jī)構(gòu)發(fā)射端導(dǎo)軌可沿橫向偏移方向鋪設(shè),故接收端偏移距離近似為發(fā)射端軌道寬度,與單相導(dǎo)軌式結(jié)構(gòu)相比,該結(jié)構(gòu)具有輸出功率大和抗水平偏移能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)#但由于三相導(dǎo)軌之間存在交叉耦合,使得補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)困難,控制也相對(duì)復(fù)雜各相軌道之間的重疊和換位能一定程度減少交叉耦合互感[10],但這種結(jié)構(gòu)只適用于雙極性結(jié)構(gòu),且會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)空間分布不均勻,從而影響磁耦合機(jī)構(gòu)的性能#

AA+AA+A–三相電源BB+B–CC+C–圖2三相長(zhǎng)導(dǎo)軌式磁耦合機(jī)構(gòu)Fig.2Three-phaselongtrackmagneticcoupler為解決各相線(xiàn)圈之間的交叉耦合現(xiàn)象,奧克蘭大學(xué)于2010年提出了一種三相蜿蜒型結(jié)構(gòu)[11],如圖3(a)所示#該結(jié)構(gòu)能平衡三相導(dǎo)軌的相間互A相B相C相橫向布置BB相A相C相縱向布置CC相B相A相橫向無(wú)鐵芯圖3三相蜿蜒型長(zhǎng)導(dǎo)軌式磁耦合機(jī)構(gòu)Fig.3Three-phasemeander-typelongtrackmagneticcoupler感,各相產(chǎn)生的磁場(chǎng)主要分布在導(dǎo)軌上方,并在導(dǎo)軌兩側(cè)相互抵消,但缺點(diǎn)是線(xiàn)圈用量大,制造成本較高$韓國(guó)KAIST于2015年提出了縱向布置的三相蜿蜒式磁耦合機(jī)構(gòu)如圖3(b)所示,每相線(xiàn)圈均由2組電纜構(gòu)成,每相電流平均分配到2組電纜中,各相線(xiàn)圈呈對(duì)稱(chēng)分布,其側(cè)邊和中間的磁場(chǎng)能相互抵消,從而顯著降低磁場(chǎng)泄漏$西班牙IK4-IKERLAN于2017年提出了無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)的三相蜿蜒型機(jī)構(gòu)[13],如圖3(c)所示,通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)線(xiàn)圈的幾何形狀,能夠?qū)崿F(xiàn)接收線(xiàn)圈的恒定耦合,從而簡(jiǎn)化控制,但是線(xiàn)圈布局較復(fù)雜,無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)也會(huì)導(dǎo)致施工困難,增加磁場(chǎng)泄漏等問(wèn)題$在線(xiàn)圈陣列型磁耦合機(jī)構(gòu)方面,日本福岡大學(xué)于2011年提出了三相陣列式耦合結(jié)構(gòu)如圖4所示$研究結(jié)果表明,若接收端也采用三相線(xiàn)圈,sACBsACByCABCxA

在圓形線(xiàn)圈磁耦合機(jī)構(gòu)方面,日本福岡大學(xué)于2014年提出了一種單極性單層圓形線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)[16],如圖6(a)所示,該結(jié)構(gòu)主要由鐵芯和3個(gè)扇形繞組構(gòu)成,3個(gè)扇形繞組之間互差120°在接收線(xiàn)圈對(duì)準(zhǔn)的情況下,各繞組之間的互感相互平衡$新西蘭奧克蘭大學(xué)于2017年提出了一種三線(xiàn)圈TPP(tripo-larpad)結(jié)構(gòu)[17],如圖6(b)所示,當(dāng)TPP中的1個(gè)線(xiàn)圈通電時(shí)其他線(xiàn)圈在與之重疊區(qū)域和非重疊區(qū)域,,TPP,能實(shí)現(xiàn)3$對(duì)比了3種雙極型圓形線(xiàn)圈[18],其中,圖6(c)單層線(xiàn)圈跨度60°,圖6(d)雙層線(xiàn)圈跨度120°,圖6(e)3層線(xiàn)圈跨度180°$當(dāng)線(xiàn)圈正負(fù)極串聯(lián)時(shí),單層線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)和雙層線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)電感平衡;當(dāng)線(xiàn)圈正負(fù)極并聯(lián)時(shí),由于頂層和底層離鐵芯距離不A相線(xiàn)圈線(xiàn)圈鐵芯A相線(xiàn)圈線(xiàn)圈鐵芯C相線(xiàn)圈圖4三相陣列式磁耦合機(jī)構(gòu)CFig.4Three-phaselumpedtrackmagneticcoupler 線(xiàn)重疊在矩形線(xiàn)圈磁耦合機(jī)構(gòu)方面,西南交通大學(xué)于 區(qū)域線(xiàn)圈2019年提出了一種雙極型三層矩形磁耦合機(jī)構(gòu)A相線(xiàn)圈如圖5所示,該結(jié)構(gòu)在原DDQ型線(xiàn)圈上增加一個(gè)與原DD線(xiàn)圈成90°放置的DD型線(xiàn)圈,利用DDQ結(jié)構(gòu)線(xiàn)圈解耦的原理,有效降低了三相線(xiàn)圈的交叉耦合$

單極性單層相圈B相圈B相B+ C–A–A+C+ B–B+ C–A– A+C+ B–B+B+ C–A– A+C+ B–B+ C–A–A+C+ B–C相線(xiàn)圈B相線(xiàn)圈C相線(xiàn)圈B相線(xiàn)圈A相線(xiàn)圈Fig.5Three-phaserectangularcoilmagneticcoupler

(d)雙層線(xiàn)圈跨度120° (e)3層線(xiàn)圈跨度180°圖6三相圓形線(xiàn)圈磁耦合機(jī)構(gòu)Fig.6Three-phasecircularcoilmagneticcoupler同,雙層線(xiàn)圈電感將不再平衡#同理,由于3層線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的各相分別在不同層,3層線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)電感無(wú)法實(shí)現(xiàn)平衡#表1總結(jié)了上述常用三相磁耦合機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求確定合適的機(jī)構(gòu)#與以往動(dòng)

態(tài)無(wú)線(xiàn)充電中常見(jiàn)的長(zhǎng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)和陣列型結(jié)構(gòu)相比,三相蜿蜒型結(jié)構(gòu)在消除交叉耦合,減少磁場(chǎng)泄漏等方面更具優(yōu)勢(shì),但相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和控制也將更復(fù)雜而圓形,矩形線(xiàn)圈型結(jié)構(gòu)通常應(yīng)用于靜態(tài)無(wú)線(xiàn)充電中,磁場(chǎng)利用率和系統(tǒng)效率則相對(duì)較高#表1常用三相磁耦合機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)Tab.1Characteristicsofcommonthree-phasemagneticcouplers結(jié)構(gòu)類(lèi)型 適用場(chǎng)合 結(jié)構(gòu)描述 圖示 系統(tǒng)特征單極性圖2(a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單極性圖2(a)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,耦合較弱,磁場(chǎng)泄漏較大雙極性圖2(b)耦合較強(qiáng),磁場(chǎng)泄漏較小蜿蜒導(dǎo)軌型 D8PT

橫向布置 圖3(a) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜,輸出波動(dòng)低縱向布置 圖3(b) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜,磁場(chǎng)泄漏小橫向布置無(wú)鐵芯 圖3(c) 控制簡(jiǎn)便,但設(shè)計(jì)復(fù)雜陣列型 D8PT 三相–三相 圖4 對(duì)接收側(cè)位置偏移容忍度較高,效率更高矩形線(xiàn)圈型 D8PT/S8PT 三層DDQ 圖5 耦合面積更大,抗橫向偏移能力更強(qiáng)單極性單層120°圖6(a)位置靈活,無(wú)方向性單極性單層重疊圖6(b)能實(shí)現(xiàn)各相線(xiàn)圈之間的解耦圓形線(xiàn)圈型D8PT/S8PT雙極型單層60°圖6(c)線(xiàn)圈正負(fù)極串聯(lián),并聯(lián)均能實(shí)現(xiàn)電感平衡雙極型雙層120°圖6(d)線(xiàn)圈正負(fù)極串聯(lián)時(shí)能實(shí)現(xiàn)電感平衡雙極型三層180°圖6(e)難以實(shí)現(xiàn)電感平衡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由于發(fā)射線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈之間耦合小,無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)通常需要加入補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)以改善系統(tǒng)特性將單相系統(tǒng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)推廣到三相系統(tǒng),可以得到三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)圈采用星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)時(shí)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)分別如圖7和圖8所示#根據(jù)諧振電容,諧振電感與發(fā)射線(xiàn)圈的連接方式,主要有串聯(lián)S(zeriez補(bǔ)償并聯(lián)P(parallel補(bǔ)償,串并聯(lián)(LCL和CCL),串并串聯(lián)(LCC以及在此基礎(chǔ)上衍生的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)其中,S型補(bǔ)償結(jié)構(gòu),,,阻抗僅為原邊的寄生電阻,存在過(guò)流問(wèn)題,需要采取限流措施;P型補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償電容與互感,負(fù)載相耦合,且易受擾動(dòng),因此實(shí)際應(yīng)用中發(fā)射端很少采用P型補(bǔ)償結(jié)構(gòu);LCL型補(bǔ)償結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射線(xiàn)圈電流與負(fù)載,耦合系數(shù)解耦,實(shí)現(xiàn)發(fā)射線(xiàn)圈電流恒定;LCC型補(bǔ)償結(jié)構(gòu)在保持LCL型補(bǔ)償結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上能夠減小附加諧振電感的尺寸,避免線(xiàn)圈的直流磁化,且提高了設(shè)計(jì)自由度#

串聯(lián) (b)并聯(lián)1(c)并聯(lián)2 (d)LCL(e)CCL (f)LCC圖7采用星形聯(lián)結(jié)的三相補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.7Three-phasecompensationnetworkstructurewithstarconnectioniijk和并聯(lián)結(jié)構(gòu)相關(guān)的等效電感參數(shù)L=L–M+M–M,iijkii=L+M+M;La為并聯(lián)結(jié)構(gòu)下三相等效電感參數(shù)之iiabc和L=La+La+LaL'為三相平衡時(shí)的等效電感參數(shù),abc(a)串聯(lián)1 (b)串聯(lián)2

L'=L–M;L與M==此外,圖7(a)所示結(jié)構(gòu)適用于輸出電壓(c)并聯(lián)1 (d)并聯(lián)2

較高的場(chǎng)合,而圖8(a)電流,在實(shí)現(xiàn)相同電壓增益的情況下,圖8(b)所示結(jié)構(gòu)的效率低于圖7(a)所示結(jié)構(gòu)因此,三相串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)通常采用圖7(a)所示的星形結(jié)構(gòu)(2networkofthree-phasewirelesschargingsystem補(bǔ)償 補(bǔ)償參數(shù)網(wǎng)絡(luò) 三相平衡 三相不平衡C=1

C=1iiii(e)LCL1 (f)LCL2

圖7(a)

iω2L'

ω2L?iiω2(LM–MMi圖8(a) C=iiω2(LM–MMii3 C= LaiωLjLk–LMjk圖8(b) Ci=ωLjLk–LMjk

2(aa a )(g)CCL1 (k)CCL2LCC1 (j)LCC2圖8采用三角形聯(lián)結(jié)的三相補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.8Three-phasecompensationnetworkstructurewithtriangleconnection補(bǔ)償元件的取值需要考慮三相平衡和三相不平衡兩種情況,以圖7(a),圖8(a)和圖8(b)所示的3種基本串聯(lián)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)為例補(bǔ)償電容的配置如表2ii所示[18],其中:Li和Ci分別代表線(xiàn)圈電感和諧振電容;Mij為相鄰線(xiàn)圈的互感;{i,j,k}和{a,b,c}代表三相線(xiàn)圈間的序號(hào);L?和La分別是與線(xiàn)圈電感串聯(lián)結(jié)構(gòu)ii

與單相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)相似,三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的4種基本補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)-串聯(lián)(SS),串聯(lián)-并聯(lián)(SP),并聯(lián)-串聯(lián)(PS)和并聯(lián)-并聯(lián)(PP),如圖9所示(其中:L1,C1和M1分別為發(fā)射側(cè)的線(xiàn)圈電感,諧振電容和線(xiàn)圈互感;L2,C2和M2分別為接收側(cè)的線(xiàn)圈電感,諧振電容和線(xiàn)圈互感;M12為發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈之間的互感;L',L'分別為發(fā)射側(cè)線(xiàn)圈,接收側(cè)線(xiàn)圈等效電感參數(shù),L'=L–Mn(n=1,2);M'為發(fā)射側(cè)和接收側(cè)間的等效互感參數(shù),M'=3M12/2當(dāng)三相平衡時(shí),可將三相模型等效為單相模型,并在此基礎(chǔ)上得到三相補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)償電容和反射阻抗,如表3所示[6](然而,當(dāng)三相不平衡時(shí),補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的調(diào)諧還需考慮互感因素,并消除由三相不平衡而產(chǎn)生的電壓分量三相發(fā)射端線(xiàn)圈和接收端線(xiàn)圈的互感難于解耦,因此三相補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)配置和建模分析比單相結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜(除了上述三相基本補(bǔ)償網(wǎng)M

MCMLCMLLMCCLLMLLCMMCMLLMCMLMMLLMCCSS (b)SPMLLMMLLMMLMMLLMCCMLLMCLMMLCMLLMCC(c)PS (d)PP圖9三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的4種基本補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.9Fourbasiccompensationnetworkstructuresofthree-phasewirelesschargingsystem表3三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的基本補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置(三相平衡)Tab.3Parameterconfigurationofbasiccompensationnetworksofthree-phasewirelesschargingsystem(tkree-pkazebalance)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型 發(fā)射端補(bǔ)償電容 接收端補(bǔ)償電容 反射電阻 反射電抗11SS C=1'11

C=1'

ω2M'2 022SP C= 22

C=1

M'2RL

–ωM'21ω2(L'–M'2/L')

2ω2L'

L'2 L'1PP C= 1

1 2(M/L2)+ω(M/L2)+ω2(L'–M'2/L'

222

2L'2M'2RLL'2

2L'–ωM'2L'L1(ω2M2/R1(ω2M2/R)2+ω2L

2 1 2L1'L'1 'L1

222C=122

2 2Rω2M'2 0RLL絡(luò)三相LCL,LCC等高階補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)也逐漸受到了關(guān)注為了克服由位置偏移而引起的傳輸功率下降問(wèn)題,新西蘭奧克蘭大學(xué)還提出了三相LCL和CL組合的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)總體而言,不同補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)傳輸性能特性的影響也不同,如何選擇合適的三相補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步研究%目前三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的高頻逆變器主要采用如圖10所示的三相橋式逆變電路,組合式逆變電路以及多電平逆變電路,高頻逆變器的功率輸出能力,負(fù)載適應(yīng)性,抗短路開(kāi)路能力和工作頻率等參數(shù)都會(huì)影響三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的整體性能[26]%三相橋式逆變電路由6個(gè)開(kāi)關(guān)管構(gòu)成,通過(guò)控

制開(kāi)關(guān)管的通斷輸出三相交流電,具有功率密度高,效率高,和易實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)但是,接收線(xiàn)圈出現(xiàn)偏移或者負(fù)載發(fā)生變化時(shí),將導(dǎo)致發(fā)射側(cè)三相線(xiàn)圈上的等效反射阻抗不同,使得發(fā)射側(cè)各相線(xiàn)圈等效負(fù)載不平衡,進(jìn)而產(chǎn)生三相電流不平衡問(wèn)題三相逆變器電流控制通?？梢栽谕叫D(zhuǎn)坐標(biāo)系下利用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行d-q軸電流控制,但由于d-q軸電流是相互耦合的因此需要額外增加前饋解耦環(huán)節(jié)%文獻(xiàn)[27]在兩相靜止坐標(biāo)下,利用PR控制器追蹤控制三相逆變器的負(fù)載電流,能較好地解決三相電流平衡問(wèn)題;在多負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合中,文獻(xiàn)提出可變拓?fù)涓哳l逆變器,通過(guò)檢測(cè)負(fù)載數(shù)量和位置,實(shí)時(shí)有效地控制逆變器各橋臂開(kāi)關(guān)管工作,實(shí)現(xiàn)了負(fù)載高效無(wú)線(xiàn)充電;為了實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸功率的有效控制,文獻(xiàn)[29]提出了一種開(kāi)關(guān)管開(kāi)通-關(guān)斷混合對(duì)稱(chēng)控制策略,分析了傳輸功率與控制開(kāi)關(guān)脈沖電角度之間的函數(shù)關(guān)系,從逆變器控制角度實(shí)現(xiàn)了三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)功率傳輸?shù)目刂?UUA+–BC橋式逆變器UU+–組合式逆變器UU+–ABC多電平逆變器圖l0三相高頻逆變器Fi.l0Three-phasehigh-frequencyinverter組合式高頻逆變電路由3個(gè)完全相同的單相全橋逆變模塊并聯(lián)而成,在不增加開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力的前提下,可以增加逆變器的總輸出功率由于組合式高頻逆變電路可采用冗余設(shè)計(jì),故能有效提高系統(tǒng)的可靠性[30],但該電路要求各相逆變模塊電路的元器件參數(shù)一致,實(shí)際中由于各逆變模塊的物理參數(shù)和控制參數(shù)存在差異,容易產(chǎn)生環(huán)流,導(dǎo)致各逆變模塊之間功率分配不均文獻(xiàn)[31]分析了元器件參數(shù)對(duì)各逆變模板之間環(huán)流的影響,并提出了無(wú)鎖相環(huán)的虛擬有功無(wú)功電流分解的控制方法,該

方法能有效消除并聯(lián)逆變器之間的環(huán)流,保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行#多電平高頻逆變電路以其功率因數(shù)高,輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)被廣泛用于軌道交通領(lǐng)域多電平高頻逆變電路可采用低電壓容量的開(kāi)關(guān)管輸出高電壓,能有效降低開(kāi)關(guān)損耗和電壓諧波,提高逆變器的輸出功率和效率[34],但所用開(kāi)關(guān)器件數(shù)量較多,控制復(fù)雜#亟需解決的問(wèn)題及研究方向結(jié)合當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,可以看到該項(xiàng)技術(shù)已有較充分的研究,但仍有一些關(guān)鍵問(wèn)題亟需解決,主要包括以下3個(gè)方面#消除交叉耦合由于三相線(xiàn)圈之間存在相互耦合,容易造成三相系統(tǒng)不平衡等現(xiàn)象,將會(huì)影響系統(tǒng)功率傳輸,降低系統(tǒng)效率因此如何處理三相線(xiàn)圈之間的交叉耦合問(wèn)題一直是三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)改變導(dǎo)軌的空間布局,例如采用三相換位或者三相重疊可以改變或消除互感,但是同時(shí)也會(huì)改變磁場(chǎng)分布,影響傳輸功率額外添加的鐵芯在一定程度上可以抵消各相間的互感,但會(huì)增加額外的自感,需減少驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌長(zhǎng)度或額外增加補(bǔ)償電容目前研究主要是通過(guò)優(yōu)化電磁耦合機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)解決交叉耦合問(wèn)題,電磁耦合機(jī)構(gòu)形狀的優(yōu)化以及各相線(xiàn)圈之間的合理布局對(duì)提高系統(tǒng)傳輸效率,解決交叉耦合問(wèn)題有重要的意義#如何消除交叉耦合,保障電磁兼容是電動(dòng)汽車(chē)三相無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)未來(lái)的研究方向之一