基于微网的电动汽车无线充电系统研究_肖朝霞
《电动汽车无线充电系统的优化设计》
《电动汽车无线充电系统的优化设计》一、引言随着科技的飞速发展，电动汽车逐渐成为绿色出行的代表。
然而，电动汽车的充电方式仍存在诸多不便，如需插拔充电线、充电站分布不均等。
因此，研究并优化电动汽车无线充电系统具有重要意义。
本文将就电动汽车无线充电系统的现状进行分析，并提出优化设计方案。
二、电动汽车无线充电系统现状分析1. 技术原理：当前无线充电技术主要采用电磁感应原理，通过初级线圈与次级线圈之间的磁场耦合实现电能传输。
2. 存在问题：（1）充电效率较低：由于电磁转换过程中的能量损耗，导致充电效率不高。
（2）充电距离受限：现有技术下，无线充电系统的充电距离较短，影响了使用的便捷性。
（3）充电速度慢：相比有线充电，无线充电的速度较慢，难以满足大容量电池的快速充电需求。
三、优化设计方案（一）提高充电效率1. 优化电磁设计：通过改进线圈结构，减少电磁转换过程中的能量损耗，提高充电效率。
2. 提升材料性能：使用导电性能和导磁性能更好的材料，减少能量损耗，提高转换效率。
（二）扩大充电距离与范围1. 采用高频率技术：通过提高电磁波的频率，增加磁场耦合的强度和范围，从而扩大充电距离。
2. 多重线圈设计：在充电垫中设置多个线圈，实现多方向充电，扩大充电范围。
（三）提升充电速度1. 增加功率输出：通过提高电源的输出功率，加快电能传输速度，从而缩短充电时间。
2. 分段式充电：根据电池的电量状态，采用不同的充电策略，先快后慢，既保证充电速度又保护电池。
（四）智能化与安全性设计1. 智能化识别：通过智能识别技术，自动识别车辆位置、型号及电池状态，自动调整最佳充电模式。
2. 安全防护：加入过流、过压、过热等多重保护措施，确保充电过程的安全性。
四、实施步骤与预期效果1. 实施步骤：首先进行技术研发和实验验证，然后进行小批量试生产，最后进行大规模生产和市场推广。
2. 预期效果：通过优化设计，提高无线充电系统的充电效率、扩大充电距离与范围、提升充电速度，同时加入智能化与安全性设计，为用户提供更加便捷、安全的充电体验。
电动汽车无线充电技术系统性研究
电动汽车无线充电技术系统性研究目录一、内容概述 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 国内外研究现状及发展动态 (4)二、电动汽车无线充电技术原理及分类 (5)2.1 无线充电技术基本原理 (7)2.2 电动汽车无线充电技术分类 (8)2.2.1 感应式无线充电技术 (9)2.2.2 磁耦合共振式无线充电技术 (10)2.2.3 射频识别式无线充电技术 (11)三、电动汽车无线充电系统设计 (12)3.1 系统组成与结构 (13)3.2 关键技术参数及设计要求 (14)3.3 系统安全性与可靠性分析 (16)四、电动汽车无线充电技术的应用场景与优势 (17)4.1 公共交通领域应用 (19)4.2 家庭充电领域应用 (20)4.3 特殊场景应用 (21)4.4 技术优势分析 (22)五、电动汽车无线充电技术发展趋势与挑战 (23)5.1 发展趋势 (25)5.2 面临的挑战 (27)5.3 解决方案与建议 (28)六、结论 (29)6.1 研究成果总结 (31)6.2 对未来研究的展望 (32)一、内容概述随着环境污染和能源危机日益严重，电动汽车作为新能源汽车的代表，越来越受到关注。
而无线充电技术作为一种高效、便捷的充电方式，能够为电动汽车提供快速、安全的充电服务，对电动汽车无线充电技术进行系统性研究具有重要意义。
无线充电技术的基本原理。
包括无线充电技术的定义、原理、特点以及与其他充电方式的比较等。
电动汽车无线充电技术的现状及发展趋势。
分析当前无线充电技术在电动汽车领域的应用情况，以及未来可能的技术创新和发展方向。
电动汽车无线充电技术的关键技术研究。
针对无线充电技术的关键环节，如磁耦合技术、谐振技术、电力电子技术等，进行深入研究和探讨。
电动汽车无线充电系统的设计及优化。
根据实际应用需求，设计合适的无线充电系统架构，包括充电设备、充电协议、控制系统等方面，并对系统进行优化，提高充电效率和可靠性。
基于微电网的电动汽车无线充电技术
智能处理与应用Intelligent Processing and Application62基于微电网的电动汽车无线充电技术王淑雅，周 强（安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001）摘 要：电动车的无线充电技术是一种新型车辆充电方法，该系统由微电网模块、无线电能量传输模块和电动汽车充电模块组成。
微电网模块采用光伏蓄电池组合，充分利用光伏发电产生的电力保证供电的可靠性。
无线电力传输模块利用磁耦合共振为电动汽车提供稳定的电压。
文中采用 Matlab对系统进行仿真，仿真结果证明了该系统的可靠性，说明使用微电网进行电动汽车无线充电具有重要的应用前景。
关键词：微电网；电动汽车；无线充电；系统仿真中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）11-0062-02————————————————收稿日期：2018-07-07 修回日期：2018-08-07DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2018.11.0170 引言近年来，作为清洁能源汽车的代表，电动汽车（EV）得到了迅速发展[1-4]。
与传统的有线充电方式相比，无线电力传输（WPT）[5-8]具有运行安全、智能充电、配置灵活等优点，可降低电动车电池的使用数量，以减少能源消耗。
相对于传统的大型电网，本文采用的微电网不仅可为小区提供电能和热能，还可通过电力电子接口连接到电网，为大型电网提供电力或从大型电网中提取电力[5]。
本文基于整个系统建模，采用Matlab / SimuLink进行仿真分析。
仿真和实验结果表明，微电网的可行性对电动汽车无线充电具有重要意义和广泛的实用价值。
1 微电网电动汽车的无线充电系统微电网无线充电系统由微电网系统、无线电能量传输系统和电动汽车电池充电系统组成。
1.1 微电网系统在微电网系统中，光伏发电利用半导体的光伏效应将太阳能转换为直流电。
由于光伏阵列的输出特性、太阳光强度及温度等因素的影响[6-8]，为了使光伏电池在不同照明条件下处于最大功率输出状态，并充分利用太阳能，选择可行的最大功率点跟踪算法非常重要。
浅谈微网下的电动汽车无线充电系统
电池相结合 ， 利用光伏所发出的电能来确保供 电的安 全性 。基 于其 重要性 ， 文章对其设计和应用过程进行 了具体 的分析 。
【 关键词 】 微 网； 电动 汽车； 无线 充电系统
电动 汽车是新时期 的一种低碳 出行模式 ， 符合现 阶段环境污染严 收产生 的高频 电压和 电流 ． 直流 电为主 ． 利用 Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ控制器依据车载 重 的特点 。 电动汽 车无法及时充 电是导致这一技术停滞不前 的重要原 电池 的需要来保证恒压或者 电流恒定的充电过程 其具体 的充 电策 略 因。这使得 电动 汽车 的出现成 为一种必然 。 ‘ 为： 随着车载 电池 电能的逐渐增多 。 充电状态会不断的发生变化 ， 当端 口电池 电压上升时 ． 车 载电池 已经接近与饱 和状态 ． 车载电池电压达 １ 电动 汽 车 充 电模 式 简 介 到其最 大电压且充 电电流小 于其最小 电流时 ． 蓄 电池充 电已满 ． 立 即 目前 ． 多数充 电汽车可实现 的充 电方式就是利用充 电桩或充电站 停 止 充 电 。ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｖｉ ｓ ｉ ｏ ｎ
科 技 视 界
科技・ 探索・ 争鸣
浅谈微网下的电动汽车无线充电系统
陈宁 宁 （ 江苏 财经 职业 技术 学 院 ， 江苏 淮安 ２ ２ ３ ０ ０ ３ ）
【 摘 要】 电动汽车充电水平的提 高将提 高其使 用效果。 文章主要 分析 了一种微 网下的电动汽车无线充 电系统的应用。 此设备将 光伏 与蓄
要验证该 系统设 计是否合理 ． 我们对其进行 仿真实验 ． 并 将结果 分析如下 在本次实验中 ． 光伏输 出选择直 流电输 出． 这一过程可以有 效的降低电量损失 ． 并且 降低 了以往 电器使用 中易产 生的谐 波 与传 统的大 电网技术相 比 ． 该 系统的成本更低 ． 预计未来 高频逆 变器 Ｄ Ｃ — Ａ Ｃ可以采用 ｌ Ｏ ０ ｋ Ｈ ｚ的高频 电压来进行电能输出 在本 次设计 中 ． 还 设计了经高频逆变之后 的电压 、 电流 无线供 电部分是 为能量传输的 核 １ ２ ， 部分 ． 因此对 整个系统 的运行具 有不可忽视 的作用 ． 在整个 的系 统巾起到至关重要的作用 另外 ． 谐振式无线 电能则能 够高正传输效 率的提高． 尤其是 可以对传输数据进行优化 电动汽 车的车载电池通 常以 Ｅ ｔ 系ｌ ｅ ａ ｆ 为模型 ． 在电动汽车无法接收信号 时， 必须通 过 Ｉ Ｏ Ｏ ｋ Ｈ Ｚ 的高频 电压经模块进行整合 再利用 Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ器来保 证其充 电过程 。 仿 真结果 可以说 明该 系统实施 的可行性 ． 但是要通过实验进行验证 。笔 者根据 多年经验 ． 提 出可这一实验过程 ． 通过部分实验得出结论 。 当发 射端与接 收端 间距为 ３ ０ ｃ ｍ左右时 ． 无线 电能进行传输 ． 为通过通道 间 具 有隔离措施 的 Ｔ Ｐ Ｓ ２ ０ １ ４示波器测 量到的发射端 与接收端的 电压 曲 ２ 采 用微 网 的 电动 汽 车 无 线 充 电 系统 线 测量结果显示 出后者落后前者 ￣ ｒ ／ ２个电角度 ． 在整个 过程中 ． 理论 使 电动汽车能够成为未来的主要 交通工具 电动汽车无线 充电系统 以微 网为核心技术 ． 系统 主要是 由微 网系 与结果均保持一致 ． 统、 无线传输线系统 和充 电系统组成 三个部分缺一不可 ， 其具体的应 ４ 总结 用流程和应用效果如下 电动汽车 的出现和使用将成为一种必然 ．但 是在这一过程 中， 充 ２ ． １ 微 网系 统 微 网系统以干净清 洁 、 使用方便 的的光伏 和蓄电池组合 ． 温度变 电问题是 其始终难以解决 的问题 ． 在 以往 多年的研究 中 ． 提 倡使用大 化对其无影响 光伏系统直接连接于直流母线 ． 蓄电池则 以双 向 ＤＣ — 电网充 电． 但是这种充电容易造成浪费 ． 并存在一定 的安全 隐患 而随 本 Ｄ Ｃ的方式并联在直流母线上 ．通过光伏 的最大功率跟 踪监 督充放电 着技术 的发展 ．以及微网的无线充 电系统 开始出现在电动汽车 中． 过程 在本次设计 中． 白天充 电． 参考 电压为光伏最 大功率 跟踪 电压 ， 文第这一技术进行了具体的分析 ． 将其核 心技 术进行 了阐述 。电动汽 并且在光伏和蓄 电池协 同工作基础上完成 夜间充 电则相 对简单 ． 只 车无线充 电系的方针将推进 这一实验 的进 行 ．将成为未来使 用的重 点 从我 国的现状和技术发展来看 ． 将 汽车的无 线充电系统广泛使用 需要蓄 电池就可 以完成 ２ ． ２ 无线电能传输系统 将成为一种必然， 具有广阔的应用前景。 ● 在本次设计 中． 还采用了电动汽车无线传输等效 电路 ． 即ｓ ｓ型电 路拓扑结构 该结构 的频率较为稳定 ． 影响 因素少 收发线圈则是整个 【 参考文献 】 １ ］ 杨 庆新， 陈海燕 ， 徐桂 芝． 等 无接 触电能传输技术 的研究进 展ｌ Ｊ Ｉ ． 电工技术 学 无线充电系统的核心 ． 其设计效果决定无线电能传输是否成功 在设 ［ ２ ０ １ ０ ２ ５ （ ７ ） ． 计过程中 ． 应以固有的谐振频率为标准 ． 且保证 较高的 Ｑ值。同时 ． 必 报． ２ ］ 黄辉 黄学 良， 谭林林 等． 基于磁场谐振耦合 的无线电力传输发射及接 收装置 须正确设计线圈尺寸 ． 选择合理的材质 ． 在参 数的选择上 ． 具有一定 的 『 Ｊ Ｉ ｌ 电ｒ 一 电能新技术， ２ ０ １ １ （ １ ） ． 顺 序性 ． 优化过程要贯穿始终 目前常使用的是多股细铜 线 ． 可降低 能 的研究ｌ ［ ３ ］ 孙跃， 祝兵权， 戴欣． Ｃ Ｐ Ｔ系统输出电乐主动控制技术『 Ｊ １ ｌ 电源技术， ２ ０ １ ｌ （ ９ ） 源损耗。 ２ ． ３ 电 动 汽 车 电 池 充 电 系 统 ［ 责任编辑 ： 张涛］ 将 电池和无线 接收线 圈同时置 于电动汽车上 ．通过 ＡＣ — Ｄ Ｃ来接 （ 上接 第 １ ６ ８页） 理， 提高管理人员工作效率 最后 ． 自动化 ， 利用信息 网络技术建立 网上教学 管理综 合平台 ． 把 教学管理 中比较复杂 的 、 重复 的内容 ． 如选课管理 、 考勤管理等都 由计 算机 进行管理 ． 建立信 息网络共享 数据库 ． 使各 部门可 以及 时查阅和 管理相关信息 结束语 ： 我 国传统 高校教学管 理１ 一 作还存在很 多问题 ， 管 理制度 不完善 ． 人员配 置不合理 、 管理观念不正确等 ． 使 高校的教育管理Ｔ作 效率 低 。 因此 ， 要通过科 学的管理方 法和理念 ． 培养 管理人员 素质 。 提
《电动汽车无线充电系统的优化设计》
《电动汽车无线充电系统的优化设计》一、引言随着科技的进步和环保理念的深入人心，电动汽车（EV）已成为现代交通领域的重要发展方向。
无线充电技术作为电动汽车充电方式的一种创新，其优化设计对于推动电动汽车的普及和可持续发展具有重要意义。
本文将探讨电动汽车无线充电系统的优化设计，旨在提高充电效率、降低成本、增强系统稳定性和安全性。
二、当前无线充电系统的问题与挑战当前电动汽车无线充电系统虽然取得了一定的技术进步，但仍存在一些问题与挑战。
主要问题包括：1. 充电效率：现有的无线充电系统充电效率相对较低，影响用户的使用体验和电动汽车的推广。
2. 成本问题：无线充电系统的建设和维护成本较高，制约了其广泛应用。
3. 系统稳定性与安全性：在复杂环境下，无线充电系统的稳定性和安全性有待进一步提高。
三、优化设计思路与策略针对上述问题，本文提出以下优化设计思路与策略：1. 提高充电效率：通过改进无线充电系统的磁场耦合、谐振技术和电路设计等，提高充电过程中的能量传输效率。
2. 降低成本：通过优化系统结构、采用低成本材料和大规模生产等方式，降低无线充电系统的建设和维护成本。
3. 增强系统稳定性和安全性：采用先进的传感器技术和智能控制算法，实时监测系统状态，确保充电过程的稳定性和安全性。
四、具体优化设计方案（一）磁场耦合优化通过改进磁场耦合结构，如采用多线圈设计、优化线圈布局等方式，提高磁场耦合效率，从而提高充电过程中的能量传输效率。
（二）谐振技术优化采用高频谐振技术，通过精确匹配谐振频率和阻抗，减少能量传输过程中的损耗，提高充电效率。
（三）电路设计优化优化无线充电系统的电路设计，采用高效能、低损耗的电子元件和电路拓扑结构，降低系统能耗，提高充电效率。
（四）智能控制算法应用引入智能控制算法，如模糊控制、神经网络等，实时监测系统状态，自动调整充电参数，确保充电过程的稳定性和安全性。
（五）材料与结构优化采用轻质、高强度的材料制作无线充电系统部件，降低系统重量和体积；同时，优化系统结构，提高系统的紧凑性和可靠性。
毕业设计电动汽车无线充电系统研究
编号毕业论文题目电动汽车无线充电系统研究学生姓名学号030720406学院自动化学院专业电气工程及自动化班级0307204指导教师张之梁副教授二〇一一年六月南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信许诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：电动汽车无线充电系统研究）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的功效。
尽本人所知，除毕业设计（论文）中专门加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的功效作品。
作者签名：年月日（学号）：电动汽车无线充电系统研究摘要非接触感应电能传输技术是一种新型电能传输技术，利用电磁感应理论实现电能有效、平安的传输，在交通运输、航空航天、机械人、医疗器械、照明、便携式电子产品、矿井和水下应用等场合有着普遍的应用前景。
本文对非接触感应电能传输系统中的功率变换器的一些关键技术进行了研究。
第一介绍了非接触感应电能传输的原理、研究现状和进展趋势。
针对非接触感应电能传输系统的组成，讨论了非接触感应电能传输系统的设计准那么，在论述可分离变压器特点和分类的基础上，对可分离变压器的磁路进行了分析，进而给出了新型非接触变压器的磁路模型。
第二，对带可分离变压器的全桥串联谐振变换器的电路特性进行了分析，分析了变换器的谐振频率，对移相操纵的带可分离变压器的全桥串联谐振变换器进行了电路仿真。
最终的仿真结果能够知足系统的要求，并能够稳固工作，达到预期目标。
关键词：非接触感应电能传输系统，可分离变压器，磁路模型，全桥串联谐振变换器The Research of Electric Vehicle Wireless ChargingSystemAbstractContactless inductive power transfer technique is a novel power transfer method, which utilizes the electromagnetic coupling theory to achieve contactless power transfer effectively and safely. Therefore this technique is widely used in many applications such as public transport systems, aviation and space systems, robots, medical plants, lighting, compact electronic devices, mine and water applications.The paper focuses on some key technologies of the contactless inductive power system. Firstly, the main operation principle, research status and development trends are introduced. Some design guide lines are discussed based on the structure of the system. The magnetic circuit of the separate transformer is analyzed on the base of the introduction of the characteristics and types of the separate transformer. The characteristics of the full bridge series resonant converter with the separate transformer and the resonant frequency are analyzed. The full bridge series resonant converter is analyzed by circuit simulation. The final simulation results will meet the system requirements and work stability to achieve the desired goals.Key Words：Contactless inductive power transfer system; Separate transformer; Magnetic circuit model; full bridge series resonant converter目录摘要 (i)Abstract ·············································································································i i 第一章绪论································································································ - 1 -1.1 论文选题背景 ······················································································ - 1 -1.2 非接触感应能量传输系统的研究现状及进展趋势 ········································· - 2 -1.2.1 非接触感应能量传输系统的研究现状················································· - 2 -1.2.2 非接触感应能量传输系统的进展趋势················································· - 3 -1.3 本文研究的意义及内容 ·········································································· - 3 -1.3.1 本文研究的意义············································································ - 3 -1.3.2 本文研究的内容············································································ - 4 - 第二章非接触感应电能传输系统大体特性研究 ····················································· - 5 -2.1 非接触感应电能传输系统的组成 ······························································ - 5 -非接触感应电能传输的原理及优势 ······························································· - 5 -2.3 非接触感应电能传输系统的设计准那么 ····················································· - 5 - 第三章可分离变压器概述与新型非接触变压器的磁路模型及其优化·························· - 7 -3.1 可分离变压器概述 ················································································ - 7 -3.1.1 可分离变压器特点········································································· - 7 -3.1.2 可分离变压器的分类······································································ - 7 -3.2 改良型非接触变压器 ············································································· - 8 -3.2.1 磁芯形状····················································································· - 8 -3.2.2 绕组布置····················································································· - 9 -改良型非接触变压器的磁路模型 ·································································- 10 -3.3.1 原有磁路模型的限制·····································································- 10 -3.3.2 改良型磁路模型··········································································· - 11 -3.4 非接触变压器的优化 ············································································- 12 -3.4.1 变压器优化方式···········································································- 12 -3.4.2 边沿扩展平面U型非接触变压器 ·····················································- 13 - 第四章非接触感应电能传输系统全桥串联谐振变换器的电路特性分析······················- 15 -4.1 功率变换器的模型 ···············································································- 15 -4.1.1 可分离变压器的等效电路模型·························································- 15 -4.1.2 变换器副边等效电路·····································································- 16 -4.1.3 变换器的补偿电路········································································- 17 -带可分离变压器的全桥串联谐振变换器电路特性分析······································- 18 -4.2.1 带可分离变压器的全桥串联谐振变换器的作用及优势 ··························- 18 -4.2.2 带可分离变压器的全桥串联谐振变换器的谐振频率 ·····························- 19 -4.2.3 移相操纵带可分离变压器的全桥串联谐振变换器的分析 ·······················- 22 -4.3 采纳移相操纵方式的全桥串联谐振变换器电路仿真 ·····································- 26 - 第五章总结与展望 ························································································- 30 -5.1 本文要紧工作总结 ···············································································- 30 -5.2 后续研究工作展望 ···············································································- 30 - 参考文献 ······································································································- 31 - 致谢 ······································································································- 32 -第一章绪论1.1 论文选题背景随着“汽车社会”的慢慢形成，汽车保有量在不断地呈现上升趋势，而石油等资源却捉襟见肘，另一方面，吞下大量汽油的车辆不断排放着有害气体和污染物质。
电动汽车无线充电系统的研究与设计
电动汽车无线充电系统的研究与设计随着环保意识的提高和新能源汽车市场的快速发展，电动汽车成为未来出行的主要选择之一。
与传统燃油汽车相比，电动汽车具有零排放、低噪音和高效能等优势，然而，目前电动汽车的充电方式仍然存在一些不便之处，如充电设备的耐久性、充电速度以及充电桩数量不足等问题。
为解决这些问题，无线充电技术应运而生，并逐渐成为电动汽车充电方式的研究热点。
无线充电技术是指通过电磁感应实现电能的传送，将电能从充电桩无线传输到电动汽车上。
相比有线充电方式，无线充电具有更高的充电效率和便捷性。
无线充电技术的研究主要集中在两个方面：电磁场能量传输和网络通信控制。
首先，电磁场能量传输是无线充电技术的核心。
通过电磁感应原理，充电桩产生的电磁场能量被传输到电动汽车上的接收线圈。
这里涉及到电磁感应原理、线圈设计以及功率调整等关键技术。
在电磁感应原理方面，需要考虑电磁场的传输效率和安全性。
为了提高传输效率，可以使用高频电磁场来减小能量传输时的能量损耗和电磁波辐射。
在电磁辐射方面，需要使用屏蔽措施来减小对周围环境和人体的干扰。
此外，线圈设计也是无线充电系统的重要组成部分。
通过合理设计接收线圈和充电桩线圈的形状、大小和布局，可以提高能量传输的效率。
特别是在电动汽车的底盘设计上，应考虑到线圈的安装位置和角度，以便实现更好的联接效果。
针对无线充电中的能量调整问题，需要考虑系统的功率管理策略和充电效率控制。
由于能量传输的安全性和稳定性，充电功率的调整成为无线充电系统中的一个重要问题。
为了实现高效能和低成本的充电，可以使用智能控制算法和可调节功率设备来实现不同充电需求的实时调整。
其次，网络通信控制是无线充电系统研究的另一个关键方面。
通过网络通信，可以实现充电设备之间的信息交互和充电过程的监控控制。
这方面的研究包括充电桩的网络连接、无线充电通信协议以及充电过程的远程控制等。
在无线充电桩的网络连接方面，需要考虑到通信技术和设备的适配性。
基于风光互补的微电网电动车无线充电的研究
图 5 车载电池仿真模型
三、系统仿真分析 对风光互补微电网为电动汽车无线充电整体系统仿真结果进行 详细分析 , 表明在所设的分层控制器的控制之下，无论光照、风速、电 动汽车的接入数量和功率如何变化，系统均能为电动汽车无线充电和 负荷提供稳定、可靠的电能。
图 2 光伏发电仿真模型
(2）风力发电仿真模型 由于本文所选择风力发电系统容量相对于光伏较小 , 所以通过 对光伏的输出功率来有效维持整个系统的功率平衡。永磁风力发电机 的仿真模型如图 3 所示。
图 1 风光互补微电网电动汽车无线充电系统结构图 系统的一次部分主要由 (1) 光伏发电单元和蓄电池储能装置；（2） 永磁风力发电单元；(3) 无线充电部分；(4) 负荷和车载电池等组成。 (1) 光伏发电部分包括光伏发电单元、DC/DC 变换器和蓄电池 单元，光伏发电单元与通过双向 DC/DC 变换器进行充放电控制的蓄 电池并联在直流母线上。 (2) 永磁风力发电部分包括风力机、永磁同步发电机、AC/DC 变 换器及 DC/DC 变换器共同组成，风力机带动永磁发电机发电 ,AC/ DC 变换器将永磁发电机输出的三相交流电整流成直流电 , 控制 DC/ DC 变换器输出的整流电压，实现风电的 MPPT 运行。 (3) 无线充电部分包括 DC/DC 变换器、DC/AC 高频逆变器、收 发线圈及相应调谐电容。光伏微电网发出的电能经 DC/DC 变换器、 DC/AC 高频逆变器逆变为 20kHz 高频电压为无线传输系统发射端 供电 , 谐振式系统将电能高效地传到接收端为下级负荷供电。 (4) 车载电池系统包括 AC/DC 整流器、DC/DC 变换器和车载电 池 ,AC/DC 整流器将 20kHz 高频电压变换成直流 , 通过 DC/DC 变 换器实现车载电池的充电控制。 二次部分的控制系统主要包括上层中心控制器和底层控制器。上 层中心控制器主要实现对系统运行模式进行判断、选择和底层控制器 的选择及参数设置；底层控制器包括蓄电池充放电控制器、永磁风力 发电 MPPT 控制器、高频逆变器侧直流母线端电压控制器和车载电 池充电控制器。在上层中心控制器和底层控制器的协调工作下 , 风光 互补微电网通过无线充电系统为电动汽车充电提供稳定、高效的电能。 二、系统仿真模型建立 为验证所设计控制策略的合理性与可行性 , 本文使用 Matlab/ Simulink 软件对图 1 所示的风光互补微电网为电动汽车无线充电系 统进行了建模仿真。首先在 Matlab/Simulik 对系统各部分分别建模 , 包括：(1) 光伏发电单元；（2）巧永磁风力发电单元；(3) 无线充电部分；(4) 电动汽车车载电池 , 并对各部分进行控制器设计, 在此基础上设计中 心控制器 , 最后对系统进行整体仿真。 (1）光伏发电仿真模型 对一天光照强度进行模拟 , 设定温度为 25oC,, 根据德国能源研 究所多年的光伏发电数据为依据 , 得到不同光照下 , 光伏对应输出的 Pmpp-Umpp 数据 , 建立如图 2 所示的仿真模型 , 光伏单元额定发 电功率为 lOOkW。
电动汽车无线充电技术研究与系统设计
电动汽车无线充电技术研究与系统设计随着环境保护和可持续发展的重要性越来越强调，电动汽车作为一种清洁能源交通工具已经成为未来可持续交通的重要组成部分。
然而，传统有线充电方式的不便利性和充电效率的低下限制了电动汽车的进一步普及和推广。
因此，电动汽车的无线充电技术研究与系统设计成为解决这一问题的重要课题。
无线充电技术是通过电磁场传输能量，将电动汽车的电池充电，而无需使用传统的有线连接器。
这种技术对于电动汽车的发展具有重要的意义。
首先，无线充电消除了传输线缆的使用，使得用户充电更加方便快捷。
其次，无线充电技术可以提高充电效率，减少能量的损耗。
此外，无线充电系统还可以集成智能充电管理功能，实现充电桩的智能化管理。
因此，无线充电技术的研究与系统设计具有重要的现实价值和应用前景。
针对电动汽车无线充电技术的研究，目前主要集中在电磁感应、电磁辐射和磁共振等几个方向。
电磁感应是较早应用于无线充电技术的原理，它通过变压器的电磁感应原理将能量从充电桩传输到电动汽车。
这种技术具有一定的充电效率，但由于电磁感应传输能量的距离较短，约为10厘米左右，因此需要实现精确的定位和对准。
在电磁感应技术的研究中，关键问题是提高充电效率，减少能量损耗。
电磁辐射是将电能通过电磁波传输的一种无线充电方式。
这种技术能够实现较远距离的电能传输，提高了充电的便利性。
不过，电磁辐射技术会产生辐射波，对人体和环境造成潜在的安全风险。
因此，在电磁辐射技术的研究中，需要严格控制辐射强度，确保充电过程的安全性。
磁共振技术以其较大的传输距离和较高的能量转换效率而备受关注。
磁共振充电技术利用共振现象，将传输线圈和接收线圈之间达到共振频率，从而实现高效率的能量传输。
此外，磁共振技术还能够通过改变传输频率来适应不同类型的电动汽车充电需求。
但是，磁共振技术对传输线圈之间的对准要求较高，对于用户的使用体验有一定的限制。
在电动汽车无线充电技术的系统设计中，需要考虑多方面的因素。
电动汽车充电桩的无线充电技术研究
电动汽车充电桩的无线充电技术研究电动汽车作为未来交通的主要方向之一，其发展势头迅猛。
然而，充电问题一直是电动汽车的瓶颈之一。
为了解决这一问题，无线充电技术应运而生，并逐渐成为电动汽车充电桩的重要研究方向。
本文将着重探讨电动汽车充电桩的无线充电技术研究。
一、无线充电技术的概述无线充电技术是指通过电磁感应、电磁辐射或者磁共振等方式，将电能传输到电动汽车电池中，实现充电的一种技术。
相对于传统的有线充电方式，无线充电技术具有方便、高效、安全的特点，被认为是未来电动汽车充电的主要趋势之一。
二、无线充电技术的原理与关键技术1. 电磁感应技术电磁感应技术是目前应用最广泛的无线充电技术之一。
它利用电磁场的相互作用原理，通过感应线圈在发射端和接收端之间传输电能。
然而，电磁感应技术存在传输效率低、充电距离短等问题，需要进一步研究和改进。
2. 电磁辐射技术电磁辐射技术是一种将电能从发射端通过电磁波辐射形式传输到接收端的无线充电技术。
它的优势在于传输效率高，充电距离可以灵活控制，但同时也面临电磁波辐射对人体健康的影响问题，需要进行更多的安全性研究。
3. 磁共振技术磁共振技术是一种通过磁场共振效应，在发射和接收端之间实现有效的能量传输的无线充电技术。
它具有传输效率高、充电距离灵活可调的特点，并且对周围环境的干扰较小。
然而，磁共振技术需要精确的频率调谐和功率控制，对系统的设计和调试难度较大。
三、无线充电技术的应用前景1. 城市公共场所无线充电技术可以应用于城市公共停车场、充电站等场所，提供便捷的充电服务。
这将大大减少电动汽车用户充电的时间和空间成本，提高用户满意度，促进电动汽车的普及与发展。
2. 道路充电技术道路充电技术是将无线充电技术应用于道路的表面或底部，实现电动汽车在行驶过程中的无缝充电。
这将彻底解决电动汽车续航里程的限制问题，显著提高电动汽车的行驶能力。
3. 家庭和商业用途无线充电技术还可以应用于家庭和商业环境，为电动汽车提供便捷的充电服务。
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2015年电工技术学报Vol.30 Sup.1 第30卷增刊1 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY 2015基于微网的电动汽车无线充电系统研究肖朝霞刘杰（天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津 300387）摘要本文提出了一种利用微网为电动汽车无线充电的新技术，该方法可有效解决电动汽车充电对电网产生的冲击，同时提高充电灵活性。
微网采用光伏与蓄电池组合系统，该系统充分利用光伏发出的电能且蓄电池保证供电可靠性；采用谐振式无线电能传输方式为电动汽车车载电池充电，该方法为电动汽车充电方式提供了新思路。
本文采用Matlab/Simulink对系统进行了仿真，仿真结果证明了该方案的可行性，并对无线传能部分进行了实验系统的设计。
仿真和实验结果表明利用微网为电动汽车无线充电将具有重要应用前景。
关键词：微网蓄电池谐振式无线电能传输电动汽车充电中图分类号：TM724The Research of Electric Vehicles Wireless Charging SystemBased on Micro-gridXiao Zhaoxia Liu Jie（Tianjin Key Laboratory of Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy TianjinPolytechnic University Tianjin 300387 China）Abstract This paper proposed a new technology which could implement electric vehicle wireless charging using micro-grid, this method can effectively solve the EV charging impacts on grid, increasing the charging flexibility at the same time. A combination system of photovoltaic (PV) and battery was adopted in the micro-grid, this system made full use of photovoltaic power , in addition, battery could ensure power supply reliability; Magnetic resonant wireless power transmission technology was used for on board battery charging of EV, which provided new solutions to the way of electric vehicles charging. This paper established the simulation using matlab/simulink, The simulation results verify the feasibility of the proposed program. The experimental system of magnetic resonant wireless power transmission was also designed. The simulation and experimental results show that electric vehicles wireless charging using micro-grid will have an important application prospect.Keywords：Micro-grid, , battery, magnetic resonant wireless power transmission, electric vehicle charging1引言电动汽车（Electric Vehicles，EV）作为加快能源转型、实现低碳经济的重要途径，引起了越来越多国家的重视，汽车的电气化是未来发展的必然趋势[1-2]。
然而，电动汽车充电问题一直是制约电动汽车发展的关键性问题之一。
目前，电动汽车普遍采用的充电方式是利用充电桩或充电站通过导线与电网进行有线连接(即电缆连接)，从电网获取电能为电动汽车进行常规充电、快速充电和换电，但是有线的充电方式存在易产生火花、易磨损、不易维护、不够灵活等弊端[3]。
无线电能传输技术[4-5] (Wireless Power Trans- mission, WPT) 由于采用非接触式传输电能，弥补了传统直接接触供电方式的弊端，具有很多优点。
国家自然科学基金资助项目（51107088）。
收稿日期 2014-09-11 改稿日期 2015-05-11232 电工技术学报 2015年目前，无线电能传输方式主要有电磁感应式[6]、磁耦合谐振式[7]和微波辐射式[8]三种。
本文采用磁耦合谐振式无线电能传输技术，由于其利用近场电磁波进行能量交换，是一种非辐射性、高效、支持较大功率、中距离输电的新型技术, 故该技术一经出现便应用于电动汽车充电领域。
文献[9]就磁场谐振耦合的无线电力传输装置的实验模型进行研究，文献[10]对无线电能传输技术的基础理论及工程应用进行研究。
此外，随着电动汽车的不断推广，大规模的电动汽车接入电网势必会对电网的安全产生影响，而且根据我国电力系统的能源利用现状，通过电网对电动汽车充电，所产生的碳排放量并不比传统燃油汽车更低，并且也难以降低对传统化石燃料的依赖。
相对于传统大电网而言的微网，集成了分布式电源（Distributed Generation, DG）（光伏、风力、微型燃气轮机等）、负荷、储能系统和控制装置构成独立的系统，既可以独立向小型区域提供电能和热能，又可以通过电力电子接口与传统电网连接并网运行，向大电网提供电能或从大电网吸取电能。
采用微网利用新能源为电动汽车供电，不仅能够有效减小大规模电动汽车充电对电网产生的威胁，同时能够对新能源进行就地消纳，做到真正的‘零排放’，有助于提高能源系统整体运行的经济和环境效益。
文献[11]提出了一种利用可再生能源和电动汽车进行电能传输分配的新型直流微电网。
文献[12]设计了一种基于太阳能发电的“多端口充电”直流微网，可满足插电式混合动力轿车和高尔夫场地电动车充电需要。
将微网与无线充电技术相结合应用到电动汽车充电系统中，可有效降低电动汽车充电对电网的冲击，同时解决了有线充电带来的一系列问题。
本文在对整个系统建模的基础上，利用Matlab/Simulink 进行了仿真分析，其结果进一步验证了系统设计的可行性。
此外，本文对电动汽车无线充电系统进行了设计，并通过实验进行了验证。
仿真和实验结果表明，研究微网为电动汽车无线充电具有重要意义和广泛的实用价值。
2采用微网的电动汽车无线充电系统实验系统结构如图1所示，该结构由微网系统、无线电能传输系统、电动汽车充电系统三部分共同组成。
微网为无线电能传输系统提供所需电能，无线电能传输系统将电能传到电动汽车上，根据电动汽车充电需求为车载电池进行充电。
图1 微网为电动汽车无线充电整体结构图Fig.1 The integral structure of electric vehicles wirelesscharging based on micro-grid2.1 微网系统微网系统如图1a所示，该系统采用清洁高效、安置方便的光伏与蓄电池组合，因此可有效解决光伏发电功率受光照和温度变化的影响。
光伏系统直接与直流母线连接，蓄电池通过双向DC-DC并联在直流母线上，光伏的最大功率跟踪和蓄电池充放电由蓄电池侧的DC-DC完成，采用的控制器如图2所示。
当电动汽车在白天充电时，将光伏最大功率跟踪电压V mpp作为DC-DC升压的参考电压，通过光伏和蓄电池的协同工作，使光伏最大功率输出。
夜间充电时, 电动汽车只采用蓄电池充电。
图2 MPPT控制策略结构图Fig.2 The structure of MPPT control strategy2.2无线电能传输系统图3a所示为电动汽车无线电能传输系统实际等效电路，采用SS型电路拓扑结构，它具有谐振频率不受源、副边耦合系数的影响，且更容易实现第30卷增刊1肖朝霞等 基于微网的电动汽车无线充电系统研究 233大功率传输的特点。
图中，L 1和R 1分别为源边电感和电阻，C r1为谐振电容，与L 1产生谐振，其频率值与逆变器开关频率相等。
因此，L 1与C r1产生的阻抗为零。
(a) 实际等效电路(b) 谐振状态下的等效电路图3 无线电能传输系统等效电路 Fig.3 Equivale circuits of proposed powertransmitter system根据基尔霍夫电压定律(KVL)和欧姆定律，对图3a 所示模型进行电路分析，可得到如下矩阵inv11111211j j j r V I L I R I MI C ωωω=++− （1） d 12222221j j j L r V MI L I I R I C ωωω=−−− （2） 式中，M 为源边与副边之间的互感，由于存在较大空隙，故其值很小。
图3b 所示为系统处于谐振状态下的等效电路。
电感量与电容量相互抵消，等效电路中仅存在电阻，电路方程如下inv 112j V R I MI ω=− （3） d 122j L V MI R I ω=− （4）因此可见，应用谐振电容可消除电感量L 1和L 2，同时系统整个阻抗也显著减小。
在实际电动汽车无线电能传输系统设计中，高频逆变器输出频率和线圈固有谐振频率保持一致，从而实现高效的能量传输。
图4所示为高频逆变装置DC-AC 。
它将来自微网的直流电压逆变成100k Hz 的高频交流电为无线电能传输线圈部分供电。
图4 高频逆变装置Fig.4 High frequency inverter device收发线圈的优化设计是电动汽车无线电能传输系统设计的核心部分，直接决定着无线电能传输的成功与否和传输的功率、效率。
设计时需要满足：保持相同的固有谐振频率；具有较高的Q 值。
除此之外，还要涉及尺寸大小、线圈直径、线圈线径、线圈材质、线圈周长等因素。
在设计过程中，某些因素往往是相互影响的，因此参数的确定顺序以及优化非常重要。
本文设计的电动汽车收发线圈采用Litz 线绕制，它包含多股细铜线可有效减小电流的趋肤效应引起的电阻，从而降低系统损耗，图5为收发线圈结构。