一种抗错位能力强的无线电动汽车充电器设计文献综述

 2022-09-21 10:09

  1. 文献综述(或调研报告):

国外主要研究成果:

对于电动汽车无线充电系统磁路机构的研究通常是改善充电线圈容错度的首选方法,当前在该领域取得较为显著成果的有奥克兰大学以及韩国科学技术院(KAIST)。目前奥克兰大学在磁路机构研究上的主要成果有:CP线圈、DD线圈、DDQ线圈、BP线圈等,韩国科学技术院的主要研究成果有:W型磁芯结构、I型磁芯结构、dq-I型磁芯结构及S型磁芯结构等,这些磁路机构设计提供了相对均匀的磁场分布,减少了线圈自感和线圈之间互感的变化。作为另一种解决方案,最近引入了新的补偿网络拓扑结构,以改善充电线圈的容错度。

在[1]中,使用CCL补偿网络来保持恒定的功率吞吐量,[1]中的原型是分别使用一个方形接收板与一个较大的矩形发射板构建的,这种不对称充电板布局减少了线圈自感与线圈之间互感的变化,从而显著地有助于观察到均匀的功率流,实验研究过程中最大偏差达到25%,结果显示,使用CCL网络进行补偿的样机表现的更为优秀。

[2]-[4]中设计思路类似[1]:除了设计了新型集成补偿电路拓扑结构以外,还采用了新型充电板,良好的磁路机构设计在线圈错位的情况下,仍然可以提供相对均匀的磁场分布从而提高无线充电器的抗错位能力。在[2]-[4]中,补偿网络采用双耦合LCC拓扑结构,该拓扑结构减小了附加线圈的尺寸,使系统更加紧凑,效率极高,对于磁路机构采用带有集成补偿的DD线圈。在[2]中,还于稳态模型的基础上,对三类工作模式进行了分析,为了实现零电压切换,对二次侧串联电容器C2进行了调谐。

[5]-[7]是一些最新的发展成果,这些解决方案包括专用控制器、优化的补偿网络以及优化的磁路机构。[5]是有关专用控制器的设计,它提出了一种利用降压变换器实现单向开关推挽(USPP)变换器调节的电源拓扑结构,在运行过程中通过连续重新调整电源,使电路在失谐时仍能正常工作。在[7]中,设计了一种新型一次侧动态WPT充电方案及相应的控制方法。它采用几个并联的无功功率补偿网络(RPCNs)来构成初级侧的能量传输垫阵列。这些RPCN由单个初级转换器激励。当接收线圈耦合或部分耦合时,励磁电流自动流入RPCN。然而这些解决方案利用传感器和闭环控制器在未对准情况下进行功率调节,从而增加了系统的复杂性和成本。

在[8]中提出了一种并行混合IPT电动汽车充电系统,该系统原边和副边都采用LCL-CL补偿网络,由于LCL和CL补偿网络的互补特性,线圈未对准引起的自感和互感的变化对其工作区域内的实际功率和无功功率吞吐量仅有轻微影响。因此,即使[8]中没有采用功率调节器,系统也能表现出相对恒定的功率输出与效率分布。

[9]中的研究成果是针对动态无线充电系统的,磁路机构采用DDQ线圈,补偿拓扑结构同[8]中所提到的LCL-CL补偿网络。采用这样的设计情况下,当磁板移除工作区域时,原边CL补偿网络中的电流呈指数增加,并且可能容易超过器件的额定值。电流增加是由反射阻抗随着磁板之间的距离增加而减小引起的。尽管可以使用闭环控制器来控制电流的增加,但是它会显著降低系统效率并且可能降低系统的可靠性,特别是用于动态充电的情况下。

国内主要研究成果:

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