基于LCC补偿的无线充电系统的分析与控制 .pdfVIP

基于LCC补偿的无线充电系统的分析与

控制

摘要：电动汽车充电技术发展是提升电动汽车行业发展核心竞争力的重点内

容，分为有线充电和无线充电两种形式，目前市面上常见的电动汽车充电形式为

直接充电，相对来讲，直接充电虽然原理简单，但是也存在刻板、不灵活等的问

题，而无线充电技术虽然目前仍缺乏成熟产品，实际应用非常少，但是灵活性更

高，安全性更高，因此无线充电系统研究受到重视。补偿电路作为主流无线充电

系统的核心，与系统充电性能和电能传输效率紧密相关，本文以基于LCC补偿的

无线充电系统的分析与控制为主要内容进行探讨分析，结合常见的几种电动汽车

无线充电系统为后续发展提供参考。

关键词：电动汽车；无线充电；补偿电路拓扑

引言

近些年随着社会发展进程的不断推进和居民生活水平的提高，我国人均汽车

保有量逐步提升，类型愈发多样，为居民出行提供便利，汽车行业发展形势一片

大好，但是现阶段汽车产业发展面临重大机遇的同时也迎来了挑战，传统的燃油

车以石油资源为动力基础，然而目前全球石油资源都处于紧缺状态下，资源节约

是现代化发展的核心，因此以电力能源和清洁为核心的新能源汽车发展受到汽车

行业的高度重视，近年来新能源汽车市场份额不断扩大，电动汽车走入人们视野，

但是部分有购买欲望的客户仍然会考虑到电动汽车续航里程短，充电困难等等问

题，因此实际发展仍存在一定限制。目前新能源汽车常见的充电方式一般是直接

充电，作为传统的接触式充电全国各地遍布并不均匀，另外，电动汽车充电必须

配备充电线，无论是从安全性还是便捷性上看都存在明显缺陷，后续维修养护比

较困难，因此越来越多的专家学者和从业人员投入新能源汽车无线充电系统研究，

本文以基于LCC补偿的无线充电系统的分析与控制为核心进行探讨，为后续发展

提供参考。

1国内外研究现状

19世纪中期出现了第一辆以铅酸电池为动力源的新能源汽车，此后随着内燃

机技术的不断发展成熟，纯电动汽车退出历史舞台，上世纪60年代石油危机的

出现帮助纯电动汽车和新能源汽车迈入人们视野，车辆充电技术受到高度关注，

国内外多个专家学者投入研究当中。最早的补偿电路电能输送效率非常低，甚至

小于30%，而且补偿电路基本都在初级线圈或者次级线圈的单侧，两个线圈连接

一个电容就能形成最简单的补偿电路，按照电路连接方式可分为串联-串联

（SS），并联-串联（PS），串联-并联（SP），并联-并联（PP）。汽车无线充

电需要确保能源输出在恒压恒流之间，那么传统的四种电路连接方式是无法满足

无线电发展需求的，基于此，新西兰奥克兰大学的Chwei-SenWang提出并完善了

LCL补偿电路拓扑，为新能源电动汽车无线充电提供新的发展思路。

进一步的双边LCL系统由UdayaK.Madawala提出，实现双向传输。从结构上

看，LCL与LCC是非常相似的，随着技术进步，目前传输效率已经可达到80%。

查阅参考文献发现部分专家学者搭建了LCC无线充电系统，在实现恒流输出

的基础上达到96%的输出效率。

研究无线充电系统发展历史发现，无线充电发展成熟经历了很长时间，1890

年时尼古特拉斯拉次提出无线充电概念，但直到2007年才真正将此概念利用起

来，第一次点亮了功率为2W的灯泡。之后随着电动汽车产业的高速发展，充电

困难，续航低等等问题急需解决，无线充电技术受到重点关注。

奥克兰大学是第一批进行无线充电研究的高校，研究内容包括充电原理、充

电控制等等内容。

2009年奥克兰大学与英国某公司合作实现雪铁龙电动车非接触式无线充电。

我国无线电充电技术研究相对部分发达国家起步较晚，但发展空间大，并且

目前已经取得了较好的研究成果，各大高校均积极投入无线充电技术研究当中，

包括哈尔滨工业大学，重庆大学等等。我国首次与无线电能传输相关的会议2011

年时由中国科学技术协会牵头举办。

总的来看国内外对无线充电系统研究进入发展阶段，需要后续投入更多的资

金和精力进行研究。

2电动汽车无线充电系统简介

电动汽车无线充电概念提出是非常早的，19世纪时著名的交流电之父特斯拉

提出了无线电能传输概念，但是当时无论是理念还是技术发展都比较落后，无线

电能传输并未真正实施，但是此概念的提出为后续研究指出思路，目前常见的无

线充电分为电磁感应式，磁共振式，电场耦合式，辐射式四种类型。