摘 要

电动汽车动态无线充电技术是在静态无线充电技术上发展演变而来的，是目前在电动汽车领域进行深入研究的一个热点项目，具有广阔的前景。动态无线充电技术能够让汽车在行驶时在某个特定公路上进行充电，从而节省了大量充电时间，然而由于动态状况下充电状态在不断改变，所以对系统控制策略提出了更高的要求。

本文首先对动态无线充电技术的国内外研究状况以及进展进行了介绍，然后对无线充电整体电路进行了阐述，这样对无线充电技术就有了初步认识。

然后对无线充电技术进行分部分进行介绍，本文全文都是基于电力电子仿真软件PLECS仿真，其中包括升频电路的AC-DC和DC-AC转换、无线传输部分、整流部分、BUCK电路,先对原理进行了介绍，然后根据设计要求进行设计。其中对无线传输两端的LCC谐振补偿进行了深入研究,对谐振补偿的作用以及参数计算能够有进一步理解。接着是对控制策略的研究，对双闭环技术进行了介绍，以及如何来设置参数以满足设计要求。再做完所有工作后，又对基于双闭环控制的动态无线充电技术进行了归纳和总结。

关键词：无线充电；动态；LCC谐振补偿；双闭环控制

ABSTRACT

The dynamic wireless charging technology of electric vehicles is developed and evolved from the static wireless charging technology. It is currently a hot research project in the field of electric vehicles and has broad prospects. Dynamic wireless charging technology enables a car to be charged on a specific road while driving, thereby saving a lot of charging time. However, due to the changing state of charge under dynamic conditions, higher requirements are placed on system control strategies.

This article first introduces the research status and development of dynamic wireless charging technology at home and abroad, and then elaborates on the overall circuit of wireless charging, and thus has a preliminary understanding of wireless charging technology.

Then the wireless charging technology is divided into parts. The full text of this article is based on the power electronic simulation software PLECS simulation, including AC-DC and DC-AC conversion, wireless transmission part, rectifier part, and BUCK circuit of the frequency-up circuit. The principle is introduced and then designed according to the design requirements. Among them, the LCC resonance compensation at both ends of the wireless transmission is deeply studied, and the role of the resonance compensation and the parameter technology can be further understood.

This is followed by a study of control strategies, introduction of double closed-loop technology, and how to set parameters to meet design requirements. After doing all the work, it also summarized and summarized the dynamic wireless charging technology based on double closed-loop control.

Key words:Wireless charging; dynamic; LCC resonant compensation; double closed-loop control

目 录

第1章绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2几种典型的电动汽车无线充电技术 2

1.3国内外研究现状 3

第2章无线充电电路 4

2.1无线充电电路总体介绍 4

2.2升频电路 4

2.2.1不控整流电路 6

2.2.2高频逆变电路 8

2.3无线传输部分 12

2.3.1 LCC谐振补偿原理分析 12

2.3.2 LCC谐振补偿计算 15

2.3.3互感器的解耦及动态实现 15

2.4 BUCK电路分析与设计 22

2.4.1 BUCK电路原理分析 22

2.4.2 BUCK电路设计 24

2.4.3 BUCK电路拉普拉斯函数 25

2.5总结 26

第3章双闭环PI控制 27

3.1 PI调节器特点 27

3.1.1积分调节器和积分控制规律 27

3.1.2比例积分控制规律 27

3.2双闭环控制设计 28

3.2.1 BUCK电路电流反馈环节计算 28

3.2.2 BUCK电路电压反馈环节计算 29

3.3总结 30

第4章基于PLECS的仿真结果 31

第5章结论 34

参考文献 35

致谢 36

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

当今社会，气候环境变化、能源紧缺等是人类社会长期面对的问题。随着全国范围内雾霾天气的日渐扩散，汽车化石能源消耗和尾气排放问题能否合理解决将直接影响我们的生存环境。因此，在环境日益恶劣、能源紧缺的环境中能找寻一种安全、高效的清洁新能源己经成为当前的热门话题。汽车尾气作为大气主要污染源之一，降低车辆温室气体排放，是解决全球气候变化重要手段，是建设可持续发展社会前提条件。目前，全球汽车生产商积正极探索不同技术方案降低车辆碳排放，随着国家对新能源汽车扶持力度增大，传统燃油汽车正在逐步向电动化转型。

目前的电动汽车(Electric Vehicle)的供电方式是采用电池组供电，不会产生大气污染物，未来将会大力推广和使用;而且，在提倡提高能源利用率的今天，电动汽车的运行费用远小于内燃汽车，每百公里能源消耗仅为燃油车费用一半，能够有效降低交通工具的运行成本。

由于电动汽车的清洁特性，各国都将电动汽车作为未来的一种新兴交通工具大力发展。德国在2007年7月，将“高科技战略”项目重点列入电动汽车的动力研究;英国在2009年4月，修改了关于新能源汽车的消费税率，其中包括免除了纯电动汽车消费税;2011年，美国在电动汽车的研究上投资20亿美元。

与国外相比，我国也比较重视电动汽车的推广。2012年3月，我国科学技术部提出的“十二五”规划中，明确指出了我国未来EV产业的发展方向，推动我国电动汽车的年产量在2020年达到1850万辆。

在电动汽车充电中，目前采用的充电方式主要为传统充电桩接触式充电，需要把充电电缆插入电动汽车固定的充电接口进行充电。传统电动汽车充电时，充电电缆频繁插拔过程中存在安全性隐患，通过充电桩充电的模式耗时长，且存在数量少、维修不便等问题。现有的电动汽车接触式充电存在的问题，在未来将会限制电动汽车的普及。

目前，无线电能传输技术(Wireless Power Transmission ， WPT)作为一种新型的充电方式进入人们的视野，实现将电能以电气隔离的形式由发射端传输至接收端的全新电能供给模式，避免磨损和漏电等问题。因此，电动汽车的无线充电方式被认为有很大发展潜质，未来将有可能成为电动汽车的主要充电方式之一。

在当前技术中，EV的无线充电方式主要分为驻车充电和动态充电。驻车充电是指在固定位置下进行的无线充电。但受充电电池容量、能量密度等问题的限制，电动汽车的续航能力成为驻车无线充电技术的发展瓶颈。因此，为了提高电动汽车的续航里程问题，人们又提出了电动汽车的动态无线充电技术。动态无线充电技术概念是电动汽车在道路上行驶过程中自动充电，该技术在原理上能够无限提升电动汽车的续航里程。因此，动态无线充电技术自从被提出就受到人们的广泛关注，未来将可能成为电动汽车充电方式的一种重要补充。

1.2几种典型的电动汽车无线充电技术

无线电能传输，是指发射装置与接收装置之间借助类似高频电磁场、微波激光等介质，实现电能的非接触传播。现有的WPT技术主要分为感应耦合式、磁共振式和电磁辐射式等几种方式。下面将对几种无线电能传输方式进行简要介绍。

1.2.1感应耦合式无线电能传输技术

感应耦合式无线电能传输(ICPT)又被称为电感耦合式无线电能传输(IPT)。电感耦合式电能量传输原理与松耦合变压器相似。本质是利用了法拉第电磁感应定律，利用输入线圈与输出线圈之间的高频磁场实现能量传递。将来自电网的工频交流电经过整流滤波转换成直流电，后经高频逆变将直流电转变成高频的交流电并注入一次侧线圈，二次线圈感应到一次线圈产生的高频交变电磁场从而在二次侧线圈中产生高频电流，高频电流经过整流滤波后将电能传递给负载，整个过程实现电能的无线传输。

1.2.2磁耦合谐振式无线电能传输技术

磁耦合谐振式(Magnetic Coupling Resonance ， MCR)无线电能传输属于中距离非辐射无线电能传输，谐振的物体需要具有相同的谐振频率，能够保持较高的能量交换效率。使两个线圈的谐振频率相同，通过工作于特定频率的电感及电容的耦合作用产生电磁谐振，高频电能在两个谐振线圈近场区域产生较高效率的能量交换，并把能量传递给负载，实现电能的无线传递。

1.2.3电磁辐射式无线电能传输技术

电磁辐射无线充电技术是指利用发射器将电能转换为微波进行远程传输，或者在空间定向通道中以激光的形式改变接收目标，然后通过接收器接收微波，然后再经微波转换装置转换后再使用。该方法需要一个没有视觉阻塞的信道，发射机需要配备位置跟踪系统，以实现长距离、大容量的功率定向传输。

1.3国内外研究现状

1. 国外研究现状

国外针对电动汽车无线充电技术研究较为深入，且大多数是由企业与高校开展合作完成无线充电装置测试工作。目前国外己有多家公司完成电动汽车无线充电样机研制并可进行演示，并且充电功率较大、传输效率较高，韩国在2013年研制了全球第一辆在路面上可以充电的电动车，实现电动汽车无线充电技术在实际中的应用，2014年6月，奥迪公司研制了SQVU8e-tron，采用无线充电技术，实现电动汽车无线充电技术市场化推广。日本，韩国，美国，英国等国家在电动汽车的无线充电领域研究均比较深入。

2009年10月，日本国土交通部针对充电式混合动力巴士开展了两次应用实验，在这两次实验中是将供电线圈埋在充电台的混凝土中。试验开始，首先把车停靠在充电台上，使移动车辆的车载线圈和供电线圈对准，若对准，设定在车内仪表盘的一个显示灯会亮，此时只需按一下充电的按钮，就可以对车辆进行充电。2011年9月，关于共同研发电动汽车无线充电系统，日本IHI建机公司和三菱汽车公司达成了协议。IHI和三菱在汽车底盘上装有接受电能的装置，停车场路面安装输送电能的装置，停车时就可以完成充电。

1. 国内研究现状

国内关于电动汽车无线充电技术主要集中在理论方面研究，且大多数是由高校、企业独自进行。目前，国内的东南大学、天津工业大学、哈尔滨工业大学、桂林科技大学、华南理工大学等高校都在电动汽车无线充电技术这个领域开展研究工作，而在产业界，国家电网、华为通讯、奇瑞、比亚迪、安徽江淮汽车正在积极开展纯电动汽车的研制以及相应的无线充电系统的研究。目前国内己完成电动汽车无线充电样机研制并可进行演示的科研力量寥寥无几，仅有东南大学、国家电网等数家单位。

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