基于微電網的電動汽車無線充電技術

王淑雅，周 強

（安徽理工大學 電氣與信息工程學院，安徽 淮南 232001）

0 引 言

近年來，作為清潔能源汽車的代表，電動汽車（EV）得到了迅速發展[1-4]。與傳統的有線充電方式相比，無線電力傳輸（WPT）[5-8]具有運行安全、智能充電、配置靈活等優點，可降低電動車電池的使用數量，以減少能源消耗。相對于傳統的大型電網，本文采用的微電網不僅可為小區提供電能和熱能，還可通過電力電子接口連接到電網，為大型電網提供電力或從大型電網中提取電力[5]。本文基于整個系統建模，采用Matlab / SimuLink進行仿真分析。仿真和實驗結果表明，微電網的可行性對電動汽車無線充電具有重要意義和廣泛的實用價值。

1 微電網電動汽車的無線充電系統

微電網無線充電系統由微電網系統、無線電能量傳輸系統和電動汽車電池充電系統組成。

1.1 微電網系統

在微電網系統中，光伏發電利用半導體的光伏效應將太陽能轉換為直流電。由于光伏陣列的輸出特性、太陽光強度及溫度等因素的影響[6-8]，為了使光伏電池在不同照明條件下處于最大功率輸出狀態，并充分利用太陽能，選擇可行的最大功率點跟蹤算法非常重要。最大功率點跟蹤（MPPT）[9]中常用的控制方法包括爬升法、基于梯度增量的電導增量法、恒壓法及增量電導法等[10]。光伏系統直接連接直流母線，電池通過雙向DC/DC并聯到直流母線上，光伏最大功率點跟蹤和電池充放電由電池側DC/DC完成。當溫度恒定時，檢測光強度，最大光伏功率輸出值由歷史數據獲得。

1.2 無線電能量傳輸系統

無線電能量傳輸模塊基于磁耦合諧振無線電傳輸[11]。發射線圈和接收線圈具有相同的諧振頻率結構，進而電能由激勵電源發出，通過通道傳給負載回路。

1.3 電動汽車電池充電系統

電動汽車電池充電系統如圖1所示。無線接收線圈均放在電動汽車上。AC/DC模塊對接收到的高頻電壓進行整流和濾波，然后通過DC/DC根據車載電池的要求，DC控制器對車載電池執行快速/慢速、恒壓/恒流充電。本文選擇靜態鉛酸電池模型作為電動汽車的電池模型[12]，鉛酸電池的充、放電特性如圖2所示。

圖1 電動汽車電池充電系統

圖2 鉛酸蓄電池充放電特性

從圖2中可以看出，在電池初始充電期間，端口電壓顯著上升，電流緩慢變化。因此，根據電池的充電特性，設計圖3所示的電動汽車無線充電控制方案。整體控制方案如圖3（a）所示；當板上電池端口電壓較低時，采用恒電流充電控制方案，如圖3（b）所示；當充電狀態（SOC）改變并且機載電池端口的電壓升高時，采用恒電壓充電控制方案，如圖3（c）所示。當車載電池電壓達到其最大電壓且充電電流小于其最小電流時，電池停止充電。

圖3 電動汽車的無線充電控制方案

2 系統仿真

為了驗證本文系統設計的合理性，使用Matlab /SimuLink軟件為電動汽車提供無線網絡，仿真結果如圖4所示。圖4（a）為100 kHz高頻電壓經AC/DC模塊整流濾波后形成的直流電。直流設備完全充電以滿足所需電壓，其仿真結果如圖4（b）所示。

圖4 微電網電動汽車無線充電系統仿真結果

3 結 語

相較于傳統通過有線連接（即電纜連接）方式為電動汽車進行充電的大電網，本文提出了一種利用微網為電動汽車無線充電的新技術。仿真和實驗結果表明，利用微網為電動汽車進行無線充電具有廣闊的應用前景。