用于提高无线充电抗偏移能力的补偿参数确定方法及控制策略

电动汽车无线充电过程中,磁耦合器原、副边线圈的偏移会导致无线充电系统(WPTS)功率的剧烈波动。为了提升系统输出功率的抗偏移能力,以三线圈方形线圈结构磁耦合器为例,研究了非谐振的电容补偿参数选择方法并提出了基于品质因数的控制策略,降低了工程应用中的控制难度。设计并研制了一台3 kW样机进行了实验验证,结果表明采用所提控制策略,在横向偏移距离小于250 mm和纵向偏移距离小于100 mm的情况下,WPTS输出功率均大于3 kW,输出功率的波动小于1 kW,效率仍高于90%。

不同补偿拓扑结构下电动汽车无线充电系统传输特性对比

无线电能传输系统(WPTS)的核心器件为耦合变压器,其原、副边线圈间的气隙会产生漏感和激磁电感,从而降低输出功率和传输效率。为了补偿漏感和激磁电感,WPTS需要添加补偿网络。根据原、副边补偿方式不同,有SS(series-series)型、双边LCL型和双边LCC型补偿拓扑。针对这3种典型的补偿拓扑,通过MATLAB/SIMULINK仿真,分析其传输特性,并分析了其在抗偏移方面的性能。结果发现SS型补偿拓扑适用于高功率工作环境,但在某些特殊工况中存在较大安全隐患;LCL型补偿拓扑鲁棒性较好,但不适于大功率系统;LCC型补偿拓扑在保持较好鲁棒性的同时,传输功率有明显提高。搭建实验平台对SS型补偿拓扑的传输特性进行验证,发现当磁耦合器不发生偏移时,传输功率可达3 kW以上,当耦合器线圈偏移到200 mm时,传输功率高达6 kW。