PDF《副边自动切换充电模式的电动汽车无线充电系统设计》

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a e p s G i n f o . c o m 副边自动切换充电模式的电动汽车无线充电系统设计 吉莉1,

2 ,王丽芳1,

3 ,廖承林1,

3 ,李树凡1,

2 ( 1. 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室( 中国科学院电工研究所) ,北京市

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9 0;

2. 中国科学院大学,北京市

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9 0;

3. 北京电动车辆协同创新中心,北京市

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8 1 ) 摘要:在电动汽车无线充电的过程中, 恒流模式需要快速、 稳定地切换到恒压模式以保障电池和电 动汽车的安全, 这往往需要原、 副边之间的通信及原边复杂控制方法的介入.文中提出了一种免去 原、 副边之间的通信, 且不需要原边提供控制手段, 仅在副边自动切换谐振补偿网络即可完成恒流 充电模式向恒压充电模式的快速切换的方法, 同时提出了副边谐振补偿网络参数的设计方法, 保证 了切换过程中电池充电电压的稳定性.以LCCGLCC向 L C C G S谐振补偿网络切换为例, 对所提出 的设计方法进行了分析和验证.实验表明, 应用所提出的方法, 输出的电流和电压随着电池等效负 载的改变而保持恒定, 且切换过程平滑稳定, 结果满足电动汽车充电的要求. 关键词:谐振补偿网络;

恒流充电;

恒压充电;

电池充电 收稿日期:

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修回日期:

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2 9. 上网日期:

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2 0. 国家高技术研究发展计划(863计划)资 助项目(2015AA

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0 2 ) .

0 引言 随着能源的短缺以及环境污染的加剧, 电动汽 车成了各国大力支持发展的新能源交通工具, 而充 电站的建设问题成了制约其推广 发展的瓶颈[

1 G 2] . 无线电能传输( WP T) 技术采用原、 副边分离的松耦 合变压器实现[

3 ] , 具有便捷、 可靠等特点, 在最近几 年得到了迅速发展[

4 G

5 ] .采用 WP T 技术为电动汽 车电 池进行无线充电, 通常包括两个阶段: 恒流(constantcurrent,CC)充电和恒压(constantvoltage,CV) 充电.在充电初期采用恒流模式, 电池 电压迅速增加.当电池电压达到充电切换电压时, 采用恒压模式充电, 充电电流逐渐减小到接近于零, 充电完成.在电动汽车应用中, 为了增加续航里程, 电池通常由较多的单体成组构成, 这一特性导致电 池的整体特性受限于其中的单体特性, 如果单体电 池受损, 则在充电过程中需要及时对损坏的电池单 体进行电压保护 而迅速进入恒压阶段[

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7 ] .通常, WP T 系统的恒流或者恒压输出的切换是通过在电 路系统中引入闭环负反馈控制来实现, 通常需要无 线通信措施及原边复杂控制手段的介入[ 1, 3, 8] , 副边 将相应的控制信息反馈到原边, 在原边电路逆变器 前加入控制器调节输入电压、 采用移相控制、 改变系 统工作频率点, 或者改变补偿网络拓扑的方法达到 与负载无关的恒压和恒流输出[

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1 2] .不论在无线通 信环节还是在原边的复杂控制环节均需要耗费时间 而且在高磁和复杂环境下无线通信具有不稳定的特 性, 这将可能导致通信中断而切换失败.因此, 如何 能够保证电动汽车无线充电的过程中恒流向恒压模 式的快速、 平滑切换, 且不需要借助通信等外在手 段, 对于保护电动汽车的电池、 增强电动汽车的安全 性等方面具有重要的意义. 本文首先分析了应用于 WP T 的各种谐振补偿 网络结构中, 能够实现恒流输出与恒压输出的谐振 补偿网络结构, 进而提出了一种免去副边与原边的 通信及原边的复杂控制环节, 通过在副边自动切换 谐振补偿网络的方法实现输出恒流与恒压自动切 换, 同时提出一种保障副边切换补偿网络时电池电 压不发生跳变的副边谐振网络参数的设计方法.最后, 以LCCGLCC拓扑向 L C C G S谐振补偿网络结构 自动切换为例, 对所提出的切换方法和参数设计方 法进行了验证.