基于微电网的电动汽车无线充电技术

0 引 言

近年来，作为清洁能源汽车的代表，电动汽车（EV）得到了迅速发展 [1-4]。与传统的有线充电方式相比，无线电力传输（WPT）[5-8]具有运行安全、智能充电、配置灵活等优点，可降低电动车电池的使用数量，以减少能源消耗。相对于传统的大型电网，本文采用的微电网不仅可为小区提供电能和热能，还可通过电力电子接口连接到电网，为大型电网提供电力或从大型电网中提取电力 [5]。本文基于整个系统建模，采用Matlab /SimuLink 进行仿真分析。仿真和实验结果表明，微电网的可行性对电动汽车无线充电具有重要意义和广泛的实用价值。

1 微电网电动汽车的无线充电系统

微电网无线充电系统由微电网系统、无线电能量传输系统和电动汽车电池充电系统组成。

1.1 微电网系统

在微电网系统中，光伏发电利用半导体的光伏效应将太阳能转换为直流电。由于光伏阵列的输出特性、太阳光强度及温度等因素的影响 [6-8]，为了使光伏电池在不同照明条件下处于最大功率输出状态，并充分利用太阳能，选择可行的最大功率点跟踪算法非常重要。最大功率点跟踪（MPPT）[9]中常用的控制方法包括爬升法、基于梯度增量的电导增量法、恒压法及增量电导法等 [10]。光伏系统直接连接直流母线，电池通过双向DC/DC 并联到直流母线上，光伏最大功率点跟踪和电池充放电由电池侧 DC/DC 完成。当温度恒定时，检测光强度， 最大光伏功率输出值由历史数据获得。

1.2 无线电能量传输系统

无线电能量传输模块基于磁耦合谐振无线电传输 [11]。发射线圈和接收线圈具有相同的谐振频率结构，进而电能由激励电源发出，通过通道传给负载回路。

1.3 电动汽车电池充电系统

电动汽车电池充电系统如图 1 所示。无线接收线圈均放在电动汽车上。AC/DC 模块对接收到的高频电压进行整流和滤波，然后通过 DC/DC 根据车载电池的要求，DC 控制器对车载电池执行快速 / 慢速、恒压 / 恒流充电。本文选择静态铅酸电池模型作为电动汽车的电池模型 [12]，铅酸电池的充、放电特性如图 2 所示。

从图 2 中可以看出，在电池初始充电期间，端口电压显著上升，电流缓慢变化。因此，根据电池的充电特性，设计图 3 所示的电动汽车无线充电控制方案。整体控制方案如图 3（a） 所示 ；当板上电池端口电压较低时，采用恒电流充电控制方案，如图 3（b）所示 ；当充电状态（SOC）改变并且机载电池端口的电压升高时，采用恒电压充电控制方案，如图 3（c）所示。当车载电池电压达到其最大电压且充电电流小于其最小电流时，电池停止充电。

2 系统仿真

为了验证本文系统设计的合理性， 使 用 Matlab / SimuLink 软件为电动汽车提供无线网络，仿真结果如图 4 所 示。图 4（a）为 100 kHz 高频电压经 AC/DC 模块整流滤波后形成的直流电。直流设备完全充电以满足所需电压，其仿真结果如图 4（b）所示。

3 结 语

相较于传统通过有线连接（即电缆连接）方式为电动汽车进行充电的大电网，本文提出了一种利用微网为电动汽车无线充电的新技术。仿真和实验结果表明，利用微网为电动汽车进行无线充电具有广阔的应用前景。