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近年來，國內(nèi)汽車的電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化已成為當(dāng)今行業(yè)的趨勢(shì)性共識(shí)。隨著國內(nèi)外對(duì)電動(dòng)汽車的研究日益增多、電動(dòng)汽車產(chǎn)量的逐步升溫，其充電問題逐漸凸顯，無線充電技術(shù)以其方便、運(yùn)行可靠性高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種潛在的解決方案。《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030年）》中要求，到2020年突破電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)，以電動(dòng)汽車無線充電為突破點(diǎn)和應(yīng)用對(duì)象，研發(fā)高效率、低成本的無線充電系統(tǒng)。

目前，國內(nèi)外采用的電動(dòng)汽車無線充電多為恒流充電，雖然恒流充電可以較為快速地為動(dòng)力電池補(bǔ)充電能，但是持續(xù)的恒流充電會(huì)造成電池嚴(yán)重的極化現(xiàn)象，進(jìn)而縮短動(dòng)力電池的使用壽命。針對(duì)以上問題，有學(xué)者提出了可調(diào)自勵(lì)振蕩開關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車無線充電的高效率、高能量傳輸，并利用變相位技術(shù)限制電流超調(diào)，但當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)，系統(tǒng)不能及時(shí)響應(yīng)進(jìn)而影響電池壽命，而且控制方法較為復(fù)雜。

有學(xué)者基于LCL-LCL補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采集原邊輸出電流與給定電流后傳輸給控制器，控制器采用 PWM控制策略調(diào)節(jié)逆變電路開關(guān)管的占空比來實(shí)現(xiàn)輸出電流的控制。但此控制系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)PI控制方法，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。基于雙LCC補(bǔ)償拓?fù)涞碾妱?dòng)汽車多階段恒流無線充電，將動(dòng)力電池的充電階段劃分為若干個(gè)恒流充電階段，但該方法為了避免出現(xiàn)過充電，將標(biāo)準(zhǔn)電流設(shè)置偏小，因此充電時(shí)間仍然較長(zhǎng)，而且不具備自整定能力，充電過程容易出現(xiàn)過充電現(xiàn)象，對(duì)蓄電池壽命不利。

有學(xué)者分析了基于LCL-T拓?fù)錈o線充電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，并利用廣義狀態(tài)空間平均建模方法建立系統(tǒng)的大信號(hào)模型與小信號(hào)模型，并設(shè)計(jì)數(shù)字PI控制器。有學(xué)者僅考慮一次側(cè)電路，未對(duì)二次側(cè)電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。有學(xué)者雖考慮一次、二次側(cè)完整電路，但是推導(dǎo)方式過于繁瑣，而且對(duì)于電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)，雙LCC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)抗偏移性更強(qiáng)，且具有恒壓恒流輸出特性。

基于上述問題，針對(duì)電動(dòng)汽車需要分段式恒流充電以及無線電能傳輸?shù)妮敵鲭娏饕资茏陨韰?shù)和環(huán)境變化影響的問題，天津工業(yè)大學(xué)的研究人員在考慮電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)涞恼w性與實(shí)用性的基礎(chǔ)上，分析了高階雙LCC補(bǔ)償拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)特性，并利用擴(kuò)展函數(shù)描述（EDF）建模方法建立了反映系統(tǒng)擾動(dòng)的小信號(hào)模型，提出了一種基于雙LCC補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下電流環(huán)-電流環(huán)的雙閉環(huán)控制策略。

圖1 電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)

研究人員進(jìn)而設(shè)計(jì)了數(shù)字控制器，并通過仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性，提高了閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，使得輸出電流與動(dòng)力電池最佳充電曲線重合，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車無線充電的自整定控制，進(jìn)一步推動(dòng)了電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的智能化快速充電和均衡充電的發(fā)展。

圖2 系統(tǒng)仿真圖

圖3 電動(dòng)汽車無線充電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

同時(shí)，研究人員還搭建了功率等級(jí)為1.5kW的無線充電實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，響應(yīng)時(shí)間為22ms（提升了60%），且超調(diào)量可忽略不計(jì)；有效減小了輸出電流的波紋系數(shù)，波紋系數(shù)減小到3%（提升了12%）。這驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性，為電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無線充電系統(tǒng)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

以上研究成果發(fā)表在2020年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“電動(dòng)汽車無線充電自整定控制”，作者為張獻(xiàn)、任年振、楊慶新、王杰。