1、1电动车在线供电系统高效配电方案摘要： 针对电动车在线供电系统存在严重的传输损耗问题，设计了一种高压传输低压激励的高效配电方案.该配电方案采用高压导轨传送电能，以减小输送过程中的能量损耗；采用低压激励方式，以增强导轨的功率发射能力.给出了配电方案的基本框架，阐述了其工作原理；分析了传输损耗的机理，导出了传输损耗的计算表达式，并探讨了分段连续切换供电方法.最后，通过仿真分析和实验对该配电方案和分段连续切换供电方法的可行性和有效性进行了验证.分析结果表明，当传输距离约大于 70 m 时，该配电方案的传输效率具有明显优势，可以提高系统的远距离能量传输效率. 关键词：电动车；感应电能传输；传输损耗；高
2、压传输低压激励 中图分类号： TM92 文献标志码： AHighEfficiency Power Distribution Scheme for 在环境污染和能源危机日益严重的历史背景下，电动车作为一种环境亲和力好、可控性强的新能源汽车，具有较好的发展前景.然而受电池成本高和续航里程短等方面的影响，电动车目前主要应用于公交车、出租车、工程车和公务车等专用领域.基于感应电能传输技术的在线供电13（也称作动态供电或不停车供电）是延伸电动车续航里程、使电动车少搭载甚至无需搭载电池组、减少整车成本的一项新兴技术. 感应电能传输47（inductive power transfer， IPT）是一种基2
3、于电磁感应原理的小尺度空间范围内的电能无线传输技术，实现用电设备以非接触方式接入电网，目前已经逐渐应用于医疗仪器8、家用电器9、消费电子10、水下设备11、轨道交通12、电动汽车1314等领域.在感应电能传输系统中，为了提高传输效率，工作频率通常在1200 kHz 范围内.另外，为了减小集肤效应和邻近效应产生的交流损耗，通常采用李兹线来制作能量发射和拾取机构，但是李兹线本身的直流电阻仍然与单芯导线相当，甚至略微大一些.电动车在线供电系统中，导轨可能铺设数千米或数十千米，电流通常为数十千赫兹、数十甚至上百安培的高频交流.为了减少导轨上的能量耗散，可以采用分段导轨模式.在这种导轨模式中，如果采用就
4、地变换的方式，则每段导轨都需要配备一套变换装置，这样不仅会增加系统的一次性建设成本，而且会增加后期的维护工作量.如果采用多段导轨共用一套变换装置的方式，又会带来高频大电流在远距离输送过程中的能量损耗问题. 基于以上分析，本文提出一种用于电动车在线感应供电系统的高效配电方案.首先，基于典型的原边串联副边并联（SP）拓扑结构等效电路模型，分析次级系统的输出特性；其次，阐述高效配电方案的基本组成和原理，分析产生传输损耗的机理，推导出系统传输损耗与传输距离及传输电流等参数的关系式，并解决分段连续切换供电问题；最后通过仿真和实验验证了该方案的可行性和有效性.1 在线供电原理及输出特性1.1 电动车在线感
5、应供电原理图 1 给出了电动车在线感应供电系统的结构框图. 西南交通大学学报第 48 卷第 2 期孙跃等：电动车在线供电系统高效3配电方案从图中可以看出，系统主要分为供电端和受电端两部分，供电端将电网电源变换为高频交流后注入到发射导轨中，并产生高频交变磁场；受电端的拾取线圈捕获到部分交变磁场，并在其中形成感应电能，再经过相关的变换与控制之后为电动车提供实时的电能补给.整个能量补给的过程中，供电部分和受电部分不需要任何物理连接，且电动车不需要驻停，既保证了电能补给的安全性和灵活性，又节约了时间. 1.2 输出特性分析典型 SP 拓扑结构的等效电路模型如图 2 所示.其中，Rp、Rs、Zr 和 Z
6、t 分别表示导轨线圈内阻、拾取线圈内阻、副边到原边的反射阻抗以及原边等效阻抗；jMIp 表示导轨电流在接收线圈中产生的感应电压.在忽略 Rs 的情况下，反射阻抗 Zr 可由式（1）计算： 对比图 12 和图 13 可知，传输电阻的加入对系统影响很小，发射导轨的电流变化不明显，输出电压也基本能保持原来的值. 从图 1013 的实验结果可以看出，实验结果和仿真结果所反映的规律一致，只是实验系统的输出电压低于仿真结果，这是因为仿真中忽略了因器件内阻引起的压降.5 结束语本文阐述了电动车在线感应供电技术的基本原理，通过对原边串拓扑结构输出特性的分析发现，副边串联拓扑具有跟踪原边输入电源性质的特性，而副
7、边并联的结构则具有相反的特性.为提高原边导轨系统的效率，设计了一种高压传输低压激励的高效配电方案，给出了方案的框架结构，对比分析了该系统与普通系统的传输损耗，对分段连续切换供电问题进行了研究.仿真结果表明，该方案可以明显提高系统效率，且能够平稳地实现分段连续切换供电.原理性实验结果进一步表明了该方案的高效性，且高频变压器的引入并不影响原有4系统的谐振特性，即不增加系统的参数设计难度. 参考文献： 1COVIC G A， BOYS J T， KISSIN M L G， et al. A threephase inductive power transfer system for roadwayp
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