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一种基于串并联逆变器的电动汽车无线充电系统
A Series-Parallel Inverter-Based WPT System for Electric Vehicles With Different Input Voltages and Z Classes
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 电动汽车 无线电能传输 串并联逆变器 电网电压适应性 系统效率 |
语言:
中文摘要
不同国家的电网电压各不相同，不同电动汽车（EV）的底盘高度也存在差异。传统的电动汽车无线电能传输（WPT）解决方案需要针对不同的输入电压设计不同的电路，并针对不同的传输距离等级采用不同的补偿电路，这阻碍了无线电能传输技术的广泛应用。为解决这两个问题，本文提出一种基于串并联逆变器的电动汽车无线电能传输系统。建立了该系统的数学模型，并推导了输出功率的表达式。此外，还分析了均流均压特性和系统损耗。随后总结了设计流程，为更高功率的无线电能传输系统提供参考。所提出的系统无需改变谐振电路或增加直流 - 直流转换器，即可适应不同的电网电压和Z类传输距离。并且，该系统无需在地面组件侧设置谐振电感，是一种具有成本效益的解决方案。最后，搭建了一个3千瓦的样机，验证了所提系统的可行性，其最大整体效率达到了92%。
English Abstract
Different countries have various grid voltages, and different electric vehicles (EVs) have different chassis heights. Conventional EV wireless power transfer (WPT) solutions require designing different circuits for various input voltages and using different compensation circuits for different transmission distance classes, which hinders the widespread adoption of the WPT technology. To address these two issues, this article proposes an EV WPT system based on series-parallel inverters. The mathematical model of this system is established, and the expression for output power is derived. In addition, current and voltage-sharing characteristics and system losses are analyzed. The design procedure is then summarized to provide a reference for higher power WPT systems. The proposed system offers adaptability to different grid voltages and Z classes without requiring changes to the resonant circuit or the addition of dc–dc converters. And it eliminates the need for a resonant inductor on the ground assembly side, making it a cost-effective solution. Finally, a 3-kW prototype is constructed to demonstrate the feasibility of this proposed system and the maximum overall efficiency achieved is 92%.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于串并联逆变器的无线充电技术具有显著的战略价值。该技术通过创新的拓扑结构实现了对不同电网电压和传输距离（Z类）的自适应，这与我司在全球化市场布局中面临的多样化电网标准挑战高度契合。
该技术的核心价值在于其系统灵活性和成本优化。传统方案需要针对不同输入电压设计独立电路，并为不同Z类配置差异化补偿网络，而该方案无需改变谐振电路或增加DC-DC变换器即可适配，这与阳光电源在逆变器领域追求的宽电压输入范围、模块化设计理念高度一致。特别是取消地面侧谐振电感的设计，可显著降低系统成本和安装复杂度，这对于推动电动汽车无线充电的商业化普及具有重要意义。
从技术成熟度评估，3kW原型达到92%的整体效率已接近实用水平，但距离我司储能变流器95%以上的效率标准仍有提升空间。该技术可与我司现有的储能系统、充电桩业务形成协同，特别是在光储充一体化场景中，无线充电技术能提升用户体验，增强解决方案的差异化竞争力。
技术挑战主要集中在功率等级扩展和电磁兼容性方面。从3kW扩展到商用车所需的几十至上百千瓦级别，需要解决串并联均流控制、热管理和安全防护等工程问题。机遇在于，随着电动汽车渗透率提升和智能充电需求增长，该技术可成为阳光电源拓展新能源汽车生态的重要切入点，建议跟踪其在高功率应用中的验证进展，评估技术引入或合作开发的可行性。