现代有轨电车无线电能传输系统研究

项目介绍：

现代有轨电车作为一种新型的公共交通工具，具有行驶速度快、建设成本低、周期短、节能环保等诸多优点，符合现代城市交通发展的需求。现代有轨电车供电方式目前主要有以下几种：架空线供电、第三轨供电、车载储能供电等。无线电能传输的充电方式与其他供电方式相比有着独特的优势：1、没有裸露的导体存在，感应耦合系统的能量传输不受环境因素，如尘土、污物、水等的影响；2、能量发射与接收部分无接触，可以保证电气绝缘；3、可以在停站或行驶中进行无线电能传输，充电方式灵活多样。4、无需架空线，对城市景观的负面影响小。因此研究和发展现代有轨电车无线电能传输系统有着重要的研究价值和意义。

通过无线电能传输技术，现代有轨电车可在车辆停站时对车载储能装置进行自动充电，无须全线铺设供电电缆，可以提高安全性、节省成本、简化供电系统。相对于其他储能装置，超级电容更适合于现代有轨电车无线充电的应用。主要由于超级电容有以下显著优点：1、功率密度大，适合大功率短时的快速充/放电；2、SOC（荷电状态）精确可测，充/放电可控性强；3、充放电循环寿命长，基本免维修；4、不使用含重金属的化学材料，环境污染小。考虑现代有轨电车停站时需要大功率、短时、快速的充电，选择超级电容作为车载储能装置在技术上应具有合理性和先进性。

 项目委托方：

日本富士电机公司

研究人员及研究任务：

耿宇宇——统筹项目安排，主要研究超级电容负载特性分析及高效充电控制与实现。

李彬­­——无线电能传输系统的谐振变换器设计；

于娜——基于GSSA方法的系统建模与控制策略研究；

王俊超——大功率耦合线圈设计及优化  ；

金睿——无线电能传输系统稳定性控制，实现恒流、恒压输出；

赵志勇——适用于无线电能传输系统的电能变换器设计等。

 研究目标：

根据现代有轨电车供电要求，完成50kW的无线电能传输系统方案，实现实车调试，并向更大功率方向设计。

 研究内容

针对大功率无线电能传输技术研究，本课题主要研究如下方面：

（1）研究超级电容负载特性分析及高效充电控制与实现：

    研究内容包括：超级电容负载对WPT的影响分析；

                                     基于超级电容负载系统设计及优化；

                                     高效控制方法研究。

（2）无线电能传输系统的谐振变换器设计：

    研究内容包括：谐振变换器拓扑分析：

                                    基于变换器设计的恒流控制方法。

（3）WPT系统建模与控制策略研究：

研究内容包括：基于GSSA方法的系统建模；

                                 基于智能算法的控制以提高系统效率。

（4）大功率耦合线圈设计及优化：

  研究内容包括：基于ANSOFT软件的耦合线圈模型优化研究；

                                   大功率线圈设计。

 目前研究进展

完成感应式无线电能传输系统的文献调研工作，全面了解国内外研究现状；

完成1kW小功率平台的搭建与实验，实现了闭环控制，满足负载恒压输出要求；

完成有轨电车50kW无线电能传输系统方案仿真及设计；

完成超级电容充电实验。