無線充電最優匹配下最大輸出功率自適應選擇

劉鴻，徐詩豪，楊凌升

（南京信息工程大學電子與信息工程學院，江蘇 南京 210044）

近年來，電動汽車（electric vehicle，EV）市場增長迅速，對如何提供方便、安全的充電服務的需求也越來越高。電動汽車無線充電技術因其有節省材料、無觸電危險、惡劣天氣環境可使用性強等優點，越來越受到汽車制造商的關注。目前汽車工程師學會（society of automotive engineers，SAE）制定的標準J2954中有五個可供無線充電使用的頻帶[1]，分別為：21.05～38.10 kHz，42.00～56.19 kHz，69.93～71.43 kHz，81.38～90.00 kHz及140.91～148.50 kHz。圍繞這些頻帶，產學研界展開了大量的研究，而如何能實現高能量傳輸效率[2-5]和高輸出功率[6-8]是這些研究所需解決的主要問題。例如參考文獻[9]，討論了耦合系數對于整個無線充電系統的影響，并提出了最優耦合系數區間的概念，通過選擇最優耦合區間，保證了整個系統在線圈出現水平偏移的情況下仍可以保持高傳輸效率。而文獻[10-11]主要研究了汽車線圈一側的補償電路中負載電阻對于整個電路效率的影響。

上述研究及其他相關研究[12-14]都是基于頻帶內固定工作頻率下的討論，沒有考慮在工作頻帶內調整工作頻率點的供能方式。

在電動汽車無線充電系統（wireless power transfer，WPT）電路中，存在著零電抗頻率（zero reactance frequency，ZRF）[15]。即從電路輸入端看，整個電路的電抗為零，在該頻率下初級側電流相位差為零，此時整個系統可以實現高效率下大功率傳輸。因為現階段研究中最常用的頻段為81.38～90.00 kHz，所以本文將在此工作頻帶內，在輸出端加入最優負載的基礎上，對電路分頻現象加以討論，并找到輸出功率最大的ZRF頻點，進而明確該頻點對應的耦合系數k。……