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储能系统技术 储能系统 ★ 5.0

一种具有宽ZVS范围的LCC-LCC补偿电动汽车无线充电系统的混合控制策略

A Hybrid Control Strategy of LCC–LCC Compensated Electric Vehicles Wireless Charging System With Wide ZVS Range

作者 Jinlin Peng · Bo Zhang · Weiyu Su
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年12月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电动汽车无线充电系统 混合控制策略 零电压开关 恒流恒压输出 效率提升
语言:

中文摘要

本文针对LCC - LCC补偿式电动汽车无线充电系统,提出一种在宽负载范围内考虑逆变器零电压开关(ZVS)的混合控制策略。该策略将改进的不对称电压消除控制模式与半桥(HB)控制模式相结合,以满足输出要求。基于此混合控制策略,通过固定频率移相即可轻松实现恒流和恒压输出,无需复杂控制和额外的辅助电路。建立了考虑谐波和整流负载的时域模型,并在此基础上提出了一种适用于该混合控制策略的最优参数设计方法,以实现ZVS并最小化环流无功功率。最后,搭建了一台3.3 kW的实验样机,验证了所提方法的可行性。结果表明,在额定输出功率的10% - 100%范围内均可实现ZVS。与对称移相和HB控制相结合的传统混合控制策略相比,效率可提高1.2% - 3.6%,最高效率达94.1%。

English Abstract

In this article, a hybrid control strategy considering zero-voltage-switching (ZVS) of the inverter within a wide load range is proposed for LCC–LCC compensated electric vehicles wireless charging system. The modified asymmetric voltage cancellation and half-bridge (HB) control modes are combined to satisfy output requirements. Based on the hybrid control strategy, constant-current and constant-voltage outputs can be easily achieved by fixed-frequency phase shift without complex control and additional auxiliary circuits. A time-domain model considering harmonics and rectifier load is developed, based on which an optimal parameter design method is presented for the hybrid control strategy to achieve ZVS and minimize circulating reactive power. Finally, a 3.3 kW experimental prototype is built to verify the feasibility of the proposed method. The results show that ZVS can be achieved over the range of 10–100% rated output power. Compared with the conventional hybrid control strategy that combines symmetric phase shift and HB control, the efficiency can be improved by 1.2–3.6% and the maximum efficiency is 94.1%.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项LCC-LCC补偿拓扑的无线充电混合控制技术具有重要的战略参考价值。该技术通过改进的非对称电压抵消与半桥控制相结合,在10-100%额定功率范围内实现了全程零电压开关(ZVS),相比传统方案效率提升1.2-3.6%,最高效率达94.1%。这与我们在光伏逆变器和储能变流器领域追求的高效率、宽负载范围优化目标高度契合。

该技术的核心价值在于无需复杂控制算法和额外辅助电路即可实现恒流恒压输出,这种简化设计理念可直接应用于我们的储能双向变流器产品线。特别是在电动汽车充电桩和光储充一体化解决方案中,宽负载ZVS特性能够显著降低轻载时的开关损耗,提升系统全工况效率,这对于提升产品竞争力至关重要。论文提出的时域建模方法考虑了谐波和整流负载特性,为我们优化逆变器参数设计提供了新的分析工具。

从技术成熟度评估,3.3kW原型验证表明该方案已具备工程化基础,但向我们常见的数十至数百千瓦功率等级扩展时,需要重点关注磁耦合系统的设计复杂度、电磁兼容性以及成本控制问题。建议我们的研发团队深入研究其定频移相控制策略,评估在光储充场景下与现有MPPT算法、能量管理系统的集成可行性。这项技术若能成功移植,将为阳光电源在新能源汽车充电领域的产品差异化和系统效率优化开辟新路径,强化我们在清洁能源全产业链的技术领先地位。