基于微電網(wǎng)的電動汽車無線充電技術(shù)
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(fā)展 [1-4]。與傳統(tǒng)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(yōu)點,可降低電動車電池的使用數(shù)量,以減少能源消耗。相對于傳統(tǒng)的大型電網(wǎng),本文采用的微電網(wǎng)不僅可為小區(qū)提供電能和熱能,還可通過電力電子接口連接到電網(wǎng),為大型電網(wǎng)提供電力或從大型電網(wǎng)中提取電力 [5]。本文基于整個系統(tǒng)建模,采用Matlab /SimuLink 進行仿真分析。仿真和實驗結(jié)果表明,微電網(wǎng)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(wǎng)電動汽車的無線充電系統(tǒng)
微電網(wǎng)無線充電系統(tǒng)由微電網(wǎng)系統(tǒng)、無線電能量傳輸系統(tǒng)和電動汽車電池充電系統(tǒng)組成。
1.1 微電網(wǎng)系統(tǒng)
在微電網(wǎng)系統(tǒng)中,光伏發(fā)電利用半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)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(tài),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(dǎo)增量法、恒壓法及增量電導(dǎo)法等 [10]。光伏系統(tǒng)直接連接直流母線,電池通過雙向DC/DC 并聯(lián)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(cè) DC/DC 完成。當(dāng)溫度恒定時,檢測光強度, 最大光伏功率輸出值由歷史數(shù)據(jù)獲得。
1.2 無線電能量傳輸系統(tǒng)
無線電能量傳輸模塊基于磁耦合諧振無線電傳輸 [11]。發(fā)射線圈和接收線圈具有相同的諧振頻率結(jié)構(gòu),進而電能由激勵電源發(fā)出,通過通道傳給負載回路。
1.3 電動汽車電池充電系統(tǒng)
電動汽車電池充電系統(tǒng)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(jù)車載電池的要求,DC 控制器對車載電池執(zhí)行快速 / 慢速、恒壓 / 恒流充電。本文選擇靜態(tài)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。
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(jù)電池的充電特性,設(shè)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(dāng)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(dāng)充電狀態(tài)(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(dāng)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。
為了驗證本文系統(tǒng)設(shè)計的合理性, 使 用 Matlab / SimuLink 軟件為電動汽車提供無線網(wǎng)絡(luò),仿真結(jié)果如圖 4 所 示。圖 4(a)為 100 kHz 高頻電壓經(jīng) AC/DC 模塊整流濾波后形成的直流電。直流設(shè)備完全充電以滿足所需電壓,其仿真結(jié)果如圖 4(b)所示。
3 結(jié) 語
相較于傳統(tǒng)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(wǎng),本文提出了一種利用微網(wǎng)為電動汽車無線充電的新技術(shù)。仿真和實驗結(jié)果表明,利用微網(wǎng)為電動汽車進行無線充電具有廣闊的應(yīng)用前景。