能量双向馈动的电动汽车无线充放电系统关键技术研究

Electric vehicles wireless charging and discharging technology is a hotspot in electric vehicle charging and discharging field. This project, regarding the magnetic coupling resonant wireless power transmission technology and with the characteristics of electric vehicle charging and discharging, plan to research the key problems such as energy bi-directional pick up and push transformation, system optimization and control. In this project, for the energy bi-directional pick up and push transformation, an equivalent topology solution is presented, and energy dynamic distribution model is built to realize the integration design of energy bidirectional pick up and push. For the problem of low tolerance deviation rate of the bi-directional coupler, a new kind of bi-directional coupler is proposed to improve the tolerance deviation rate of the system and the conversion efficiency effectively. For the problem of the dynamic change of the impedance during the battery charge and discharge, a dynamic monitoring and matching method of equivalent impedance of battery is presented. For the difficulty of information interaction between transmitter and receiver, using the constraint relation between the front and the end, observation model of the system is set up, and corresponding control strategy is given. The research results of this project is helpful to solve the key problem in the electric vehicles energy wireless bi-directional feed, and realize wireless energy bi-directional feed effectively between the electric vehicles and grid. The development of electric vehicle wireless charging and discharging technology will be promoted effectively and a new solution for the effective interaction between electric vehicles and grid will be provided.

电动汽车无线充放电技术是电动汽车充放电领域的研究热点之一。本项目拟以磁耦合谐振式无线电能传输技术为基础，结合电动汽车充放电特性，围绕能量双向拾取与推送变换、系统优化与控制等关键问题开展研究。其中针对能量的双向拾取与推送问题，提出一种对等拓扑的解决方案，构建能量动态分配模型，实现能量双向拾取与推送的一体化设计；针对双向耦合器件容偏率低的问题，研究并提出一种新型双向耦合器，有效提高系统的容偏率与转换效率；针对电池充放电过程中阻抗动态变化问题，提出一种电池等效阻抗的动态监测与匹配方法；针对能量收发端协调控制困难问题，利用前后端系统间的约束关系，建立系统观测模型，并给出相应控制策略。本项目的研究将有利于解决电动汽车能量无线双向馈送中的关键问题，实现电动汽车与电网能量的无线双向高效馈送，从而有效的推动电动汽车无线充放电技术的发展，为电动汽车与电网的有效互动提供新的解决思路，提高与电网的交互能力。

能量双向馈动的无线电能传输技术，简称双向无线电能传输技术（Bidirectional Wireless Power Transfer, BD-WPT），是无线能量传输技术领域的一个重要分支和研究热点之一。它不仅具有无线电能传输技术便捷、灵活的充电优点，而且还能够实现电能在“源”与“荷”之间自由流动，在电动汽车与电网能量无线互动场合具有广阔的应用前景。.本项目对双向无线电能传输系统开展的研究包括以下几个方面：.（1）提出一种基于对称拓扑的能量双向拾取与推送系统架构及电路实现方法，并采用移相调压法控制两侧H桥变换器的出口电压幅值，实现能量从电网侧到电池侧的双向柔性传输；.（2）建立了双向无线电能传输系统的电气模型、等效电路模型和相应的数学模型，在推导双向无线电能传输系统的传输功率、传输效率理论表达式的基础上，深入挖掘传输功率和传输效率的影响因素，从传输功率、传输效率、效率刚性和线圈偏移等角度对比研究LC和LCL等谐振拓扑模型的双向无线电能传输系统，研究表明LCL谐振拓扑相较于LC谐振拓扑可提高系统的整体性能；.（3）对多个能量单元同时接入的双向无线电能传输系统进行了分析，以“零无功”为基本原则，提出采用“电压—相位”复合控制策略实现能量在多个能量单元之间的灵活流动。在推导不同能量传输方向下系统的传输功率和传输效率表达式的基础上，以传输效率最优为目标，对系统能量互动点的选取作了理论研究； .（4）提出采用探测线圈监测初、次两侧电压比和相位等系统关键参数的方法，设计了一种可以应用于电池负载的恒流-恒压无线电能传输系统，并给出了相应的控制策略及系统参数设计流程；.（5）针对电动汽车无线充放电系统所存在的能量发射与接收装置水平偏移问题，提出一种具有高容偏率的能量双向电磁耦合器的设计方法；.（6）搭建了一套3kW实验验证平台，在铅酸电池和锂电池性等不同电池类型接入下能够有效的实现能量的双向馈送，传输距离不低于20cm，初步形成了一套能量双向馈送系统的设计方法。