1.目的及意义

近年来，随着能源危机以及环境问题日益严重，混合动力汽车和纯电动汽车（Electric Vehicles，EVs）因其环保优势引起人们广泛的关注^[1]。其中EV充电包括有线充电和无线充电两种方式。近年来无线电能传输技术的飞速发展，使得电动汽车无线充电技术成为学术界和工业界的研究热点。^[2]目前无线充电有如下优势：

1) 便捷：无线充电系统可自动完成充电。当EV停靠在充电装置发射端上方时，EV开始自动充电，不需要人们手动连接充电线。

2) 安全：无限充电系统无有线充电时的金属接触，无插拔电线电弧现象及触电危险。有线充电电线放置在地面上易绊倒行人，特别是在公共停车场充电时。

3) 环境适应性强：无线充电系统发射端线圈安装于地下，接收端安装于EV底部，能够适应多种恶劣天气和环境，比如雨雪天气等。

但是在这一领域，目前大部分研究主要面向单向传输系统，即电能只能由电网向车载电池流动^[3-7]。而随着能源互联网概念的提出以及智能配电网相关技术的发展，双向无线充电系统逐渐开始展现出其独特的优势^[8-10]。借由能量双向流动的能力，车载电池中的电能亦可以流向电网，再经过能量路由器等智能电力变换设备的调控，可以实现有序充电、削峰填谷等优化运行功能。而无线充电系统所提供的便利性使得用户更加乐意参与这一调控行为，最终在形成规模化之后，电动汽车将作为智能配电网中的一类分布式储能系统，对提升未来能源互联网的稳定性和智能性起到重要作用。

双向无线充电技术源于传统的单向无线电能传输技术，并沿袭了后者的诸多优点，能够用于电动汽车能量入网场合，实现能量在电动汽车和电网之间的交互馈动，对改善电网负荷曲线具有重要意义。该技术于近5年内才被逐渐关注，目前研究发展的情况如下：

新西兰奥克兰大学教授的课题组对无线电能传输技术开展了广泛而深入的研究，提出了“单相全桥变换器 耦合谐振器结构”的系统框架，分析了系统稳态模型，研究了能量流动方向。此后，该课题组相继又发表了许多相关文章，涉及系统的动态模型的理论分析、效率和功率的控制、谐振耦合器优化设计、新型电力电子变换器设计等方面。

初次之外，国外研究双向无线电能传输技术的团队还包括有：荷兰代尔夫特理工大学、波兰华沙大学、韩国科学技术研究院、日本大阪工业大学等。荷兰代尔夫特理工大学推导了系统的传递函数并分析了双向无线电能传输的运行机理，并分析了系统在轻载和重载情况下电流的流动方向，并在谐振拓扑中额外增加3次和5次LC滤波器，露出由开关变换器产生的特定次的谐波，提高了系统的鲁棒性。波兰华沙大学主要在谐振拓扑方面开展了一些，韩国科学技术研究院通过设计谐振电容参数，为电能变换器设计了一种自谐振PWM控制方式，在满载情况下实现了95.3%的效率。日本大阪工业大学主要研究了单端高频准谐振逆变器，意大利巴勒莫大学利用有限元仿真软件对双向无线电能传输系统的磁场进行了仿真，并设计算法实现能量在最大传输效率点进行传输。^[8]

同期，国内也有一些科研团队研究双向无线充电技术，从已发表的文献来看，主要有清华大学、重庆大学和东南大学。文献^[11]比较了已公开文献中对于双向无线电能传输系统的相位和电压两种控制方式。文献^[12]分别建立了LCL及LCC型双向无线电能传输系统的高频模型，从传输功率、直流磁化等方面进行了对比，得出LCC型双向无线充电系统不仅具有LCL型的优点，而且还克服了LCL传输功率偏小和直流磁化等问题，在双向电动汽车无线充电应用中具有较强的适用性的结论。东南大学针对含多接收端的系统，开展了模型建立、功率调控、拓扑分析、效率优化、样机平台搭建等方面的工作。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1设计的基本内容

典型的EVs用无线充电系统结构如图1所示。首先通过AC-DC变换器将电网的交流电整流到直流；然后通过DC-AC逆变电路将直流逆变成高频(10～150 kHz)的方波交流电，经过发射端谐振补偿电路，发射端线圈中产生恒定的励磁电流，接收端线圈通过感应发射端线圈形成的高频强磁场得到感应电动势(AC)；最后，通过AC-DC整流器给EV电池充电口。^[9-11]