无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术凭借其安全、可靠、供电灵活等优点,被人们广泛研究与应用。在电动汽车充电领域,无线电能传输技术以无拔插、无触电危险等特点,展现出广阔应用前景。本文基于三线圈电动汽车无线充电系统展开研究。相比于两线圈结构WPT系统,三线圈结构具有更远的能量传输距离和更高的系统传输效率,但该结构近距离传输效率有待进一步验证。首先,本文对三线圈结构WPT系统进行建模分析,在考虑发射线圈与拾取线圈互感的情况下,推导三线圈效率表达式。在本文参数下通过仿真与实验可以得出:三线圈结构近距离能量传输效率低,而在中远距离能量传输效率高。本文从电流比、输入阻抗、中继线圈效率、能量损耗分布四个方面,分析得出三线圈结构近距离传输效率降低的原因:由于阻抗不匹配导致系统输入阻抗变小,发射线圈回路电流增加损耗增大,使三线圈系统效率下降。接下来,本文给出了一种中继线圈切换的三线圈结构WPT系统设计方案。因为在近距离三线圈和两线圈结构效率随传输距离变化趋势相反,通过合理的设计在近距离使用效率较高的两线圈结构,而在中远距离使用效率较高的三线圈结构,实现三线圈与两线圈结构优势的结合。具体做法是通过控制中继线圈上开关状态,实现三线圈与两线圈结构之间的切换。本文不仅给出了优化控制策略,还给出了整个系统的设计方案。在本文的实验参数条件下,近距离(40mm)能量传输时使用混合结构比单独使用三线圈结构效率提升22%;远距离(300mm)能量传输时使用混合结构比单独使用两线圈结构效率提升23%。最后,对于现已投入使用并且无法改变硬件结构的三线圈结构WPT系统,本文提出了一种基于频率搜索控制的系统效率优化方法。通过本方法可以在不改变原有三线圈结构情况下,实现对三线圈结构近距离能量传输效率的优化。通过对工作频率偏离谐振频率的效率表达式分析可知:调整工作频率可以改变系统效率,并且在近距离能量传输时系统最大效率对应的频率不是谐振频率。本文给出一种最优频率搜索算法,在不同传输距离情况下使用最优工作频率,从而提升近距离能量传输效率。在本文的实验参数条件下,近距离(40mm)能量传输时使用调频控制比使用谐振频率的三线圈结构效率提升19%。综上所述,使用切换式和调频式优化方法,可以有效提升三线圈结构WPT系统近距离能量传输效率。