基於雙LCC的電動汽車多階段恆流無線充電技術

2020-11-23 電子產品世界

編者按：針對電動汽車無線充電多為恆流充電，且恆流充電對動力電池存在著較大損害的問題，提出了一種基於雙LCC的電動汽車多階段恆流無線充電技術。該技術將動力電池的充電階段劃分為若干個恆流充電階段，不同階段的充電電流不同，且剩餘電量越多充電電流越小，進而使得動力電池的充電電流更接近於動力電池的最佳充電曲線，進而降低對動力電池的損害，延長動力電池的使用壽命。最後，通過仿真和實驗驗證了該技術的可行性。

作者 / 朱國平 匡洪海 張瀚超 王建輝 湖南工業大學 電氣與信息工程學院(湖南 株洲 412000)

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201803/377631.htm

朱國平(1993-)，男，碩士，研究方向：新能源併網控制策略。

摘要：針對電動汽車無線充電多為恆流充電，且恆流充電對動力電池存在著較大損害的問題，提出了一種基於雙LCC的電動汽車多階段恆流無線充電技術。該技術將動力電池的充電階段劃分為若干個恆流充電階段，不同階段的充電電流不同，且剩餘電量越多充電電流越小，進而使得動力電池的充電電流更接近於動力電池的最佳充電曲線，進而降低對動力電池的損害，延長動力電池的使用壽命。最後，通過仿真和實驗驗證了該技術的可行性。

0 引言

　　電動汽車作為一種新能源汽車，以其汙染小、噪音低等優點，得到國際和國內社會的廣泛認可和支持，隨著社會的不斷發展和科技的不斷進步，電動汽車的充電方式也從傳統的有線充電模式向無線充電模式過渡[1]。相較於有線充電方式，無線充電具有方便、安全、操作簡單及無機械磨損等優點[2]，得到廣泛關注和研究。但是，目前電動汽車的無線充電多為恆流充電，而恆流充電儘快可以較為快速的為動力電池補充能量，但是在充電的後期會造成電池嚴重的極化現象，進而縮短動力電池的使用壽命。針對這個問題，本文提出了基於LCC的電動汽車多階段恆流無線充電技術，隨著動力電池的電量的上升，減小動力電池的充電電流的大小，進而使得動力電池的充電電流較為接近動力電池的最佳充電曲線，進而可以減少對動力電池的損害，延長其使用壽命，降低電動汽車的使用成本，且可以降低動力電池的更換頻率，進而對環境更友好。

1 電動汽車無線充電技術原理

　　圖1為電動汽車無線充電系統框圖[3]。三相交流電或者單相交流電經工頻整流濾波電路和功率因數校正電路變換成直流電，經高頻逆變電路變換成高頻交流電，注入到由諧振補償電路和原邊線圈構成的諧振網絡，在原邊線圈周圍產生高頻交變磁場，副邊線圈在高頻交變磁場中感應出高頻交流電，經諧振補償電路和整流濾波電路之後為電動汽車充電。

2 多階段恆流充電

　　多階段恆流充電示意圖如圖2所示，從圖中可以看出充電過程分為若干個階段，且從初始階段到最終階段電流是依次減小的，且電流越大，充電時間越短;電流越小，對應的階段充電時間越長。將動力電池的充電階段分的越多，動力電池的充電電流便越接近於最佳充電曲線，對電池的損害便越小，更有利於延長動力電池的使用壽命。若動力電池為鋰電池，最後階段的電流一般為電池組容量的0.05倍，當電池電壓達到截止電壓便可以停止充電。

3 雙LCC諧振補償拓撲

　　如圖3所示L1是原邊線圈感值，L2是副邊線圈感值，C1、Cf1和Lf1是原邊補償電感和電容，C2、Cf2和Lf2是副邊補償電感和電容，UAB是逆變器的輸出電壓和Uab是副邊補償拓撲的輸出電壓，M是原副邊線圈互感。i1、i2、if1和if2分別是線圈L1、L2、Lf1、Lf2的電流。

　　電動汽車無線充電系統中的磁路機構是一個鬆耦合變壓器，故可將圖3中的副邊電感電容折算到原邊[4]，得到如圖4所示的等效電路圖。為了簡化分析，忽略電感電容的內阻，且只考慮逆變器輸出電壓的基波。定義鬆耦合變壓器的變比n為：

(1)

　　圖4中的變量可由公式(2)表達：

(2)

　　其中Lm為折算到原邊的勵磁電感。對於如圖2所示的高階系統，其諧振頻率有多個，本文重點研究LCC的電壓電流特性，不研究其頻域特性，故本文將系統的工作頻率設定為一個固定的諧振頻率。電路諧振狀態下，逆變器的輸出電壓和輸出電流是同相位的，由公式(3)可計算電路的諧振頻率。

(3)

　　此處的ω0是補償電路的固有諧振角頻率，從式(3)中可看出角頻率只與電路中的電感電容有關，而與負載、原副邊的互感無關。下文設定的頻率均為固定的諧振角頻率。

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