基于LC网络的感应电能传输系统动态供电方法

中车青岛四方机车车辆股份有限公司、西南交通大学的研究人员高世萍、麦瑞坤，在2018年第1期《电气技术》杂志上撰文指出，在感应电能传输（Inductive Power Transfer, IPT）系统中，采用单逆变器供电、多初级LCL线圈并联的分段导轨动态供电方法。

但该方法存在以下问题，当电动汽车还在与第一个LCL初级线圈进行耦合时，其余所有并联LCL初级线圈都处于通电状态，且存在较大的初级线圈电流，会带来IPT系统功率损耗以及较大的电磁辐射。

针对该问题，本文提出一种含有交流开关的LC网络，通过调节交流开关的通断，进而降低初级线圈电流大小，实现降低系统功率损耗、减少电磁辐射的目的。最后，通过搭建LCL-S的IPT实验系统，模拟电动汽车充电过程，实验结果表明所提方法切实有效的降低了初级线圈电流大小。

感应电能传输（Inductive Power Transfer,IPT）技术将电能以非接触的方式从供电电源传递给用电负载，具有安全、可靠、供电灵活等优点，已经成为国内外近几年研究的焦点[1-2]。而随着全球化石油燃料的日益紧缺及自然环境的不断恶化，电动汽车受到世界各国的大力推广。但充电问题却成为了限制电动汽车发展的最大问题[3]。

将感应电能传输技术应用于电动汽车中，已受到越来越多的国内外研究机构关注与研究[4]。目前传统的静态无线充电技术在运用到电动汽车上时，存在续航里程短、电池组笨重且成本高昂、充电频繁等缺点[3]，因此，在该背景下，电动汽车动态无线供电技术被人们提出[5]，该技术保证了电动汽车在行驶过程中被实时的提供能量，降低了电动车电池组的搭载数量，提高了电动汽车续航里程，为电动汽车的市场化起到了推动作用。

为了实现电动汽车动态供电，有采用较长的IPT供电线圈方案[6-7]，然而这样必将增加电能损耗、降低电能传输效率。并且，采用较长的初级供电线圈时，次级电能拾取线圈将无法完全覆盖初级供电线圈范围，造成电磁泄漏[8]。因此，采用分段导轨供电方式是更为合理有效的方法。

目前，国内外对IPT分段供电技术展开了初步研究，并主要集中研究了供电线圈切换模式[9-10]、供电线圈切换方法等[11-12]。

本文主要研究单逆变器供电、多初级LCL线圈并联的分段导轨动态供电问题[13]。但在采用这种分段导轨供电时，存在的问题是，当电动汽车还在与第一个LCL初级线圈进行耦合时，其余所有并联LCL初级线圈都处于通电状态，存在较大的初级线圈电流，这样带来了系统功率损耗以及较大的电磁辐射。

同时，如果直接在并联的LCL线圈回路中串联开关进行线圈的切除，将会带来较大的开关硬力。因此，提出一种含有交流开关的LC网络，通过调节交流开关的通断，进而降低初级线圈电流大小，达到降低系统功率损耗、减少电磁辐射的目的,并使得逆变器工作在软开关状态。

图4  IPT实验系统

结论

本文主要研究单逆变器供电、多初级LCL线圈并联的分段导轨供电问题，提出一种含有交流开关的LC网络，通过调节交流开关的通断，进而降低初级线圈电流大小，达到降低系统功率损耗、减少电磁辐射的目的。

首先分析了LCL-S的谐振补偿拓扑，得出该拓扑具有初级线圈输出电流恒定的优点，然后介绍了含有交流开关的LC网络的初级线圈电流调节原理，进行了详细的公式推导论证。最后，搭建LCL-S的IPT实验系统，模拟电动汽车充电过程，实验证明在交流开关闭合时，能有效降低初级线圈电流，达到降低系统功率损耗、减少电磁辐射的目的。

本文目前通过将次级线圈从远处慢慢驶入并远离初级线圈，模拟电动汽车从远处驶入、充电、远离的过程，只搭建了一个初级线圈验证所提方法的有效性，后续将搭建多个LCL初级线圈并联，进而模拟完整的分段导轨对电动汽车的充电过程。