电动汽车无线充电副边控制策略及输出特性研究

发布时间：2020-03-24 09:14

【摘要】：随着电动汽车的广泛应用,电池的续航力成为影响电动汽车的关键,电动汽车的充电方式也成为国内外学者研究的热点。而无线充电技术由于其充电安全可靠、携带方便、重量较轻、开关磨损小等优点,被国内外众多学者研究应用于新能源汽车中,为电动汽车提高续航力开辟新途径。本文主要工作是基于感应耦合式无线电能传输技术,结合补偿网络输出与DC-DC电路采用滑模控制,使得输出保持稳定:并对松耦合变压器进行优化,提高其传输能效。具体从以下几个方面展开研究:首先,介绍了无线电能传输的背景意义及国内外研究现状,详细介绍了无线电能传输的传输方式及电动汽车无线充电的充电方式,分析影响电动汽车的无线充电的关键点。其次,介绍了无线充电常用的四种基本补偿拓扑与基于此提出的其他混合补偿拓扑,详细对比了SS、SP、SSP三种补偿拓扑在不同工况下的输出特性,得出SSP拓扑更适合电动汽车无线充电,确定主电路采用SSP补偿拓扑;进一步推导SSP补偿拓扑的输出能效与互感、谐振频率的关系,分析参数变化对输出能效特性的影响;仿真验证SSP在不同负载条件下具有恒压输出特性。再次,针对蓄电池建立等效模型,分析其充电方式;推导SSP补偿拓扑输出与Buck-Boost电路占空比关系,确定调节占空比可改变SSP输出;针对松耦合变压器漏感大输出容易受距离扰动影响的问题,对Buck-Boost电路采用滑模控制,使得松耦合变压器输出扰动时Buck-Boost电路可稳定输出:仿真验证了采用滑模控制可实现恒流恒压稳定输出。然后,针对现有的平面U型变压器的磁芯结构和绕线方式,对其进行优化改进以提高松耦合变压器耦合系数;对三种变压器进行耦合系数定量分析,理论与仿真分析原副边线圈相对位置变化时耦合系数的变化规律,得出加入磁芯后的松耦合变压器聚磁能力增强,可提高输出能效,并在此基础上加入辅助绕组与副边线圈共同输出,提高线圈横向位置变化时的输出能效,仿真与理论相一致。最后,实验验证了加入滑模控制可实现松耦合变压器相对位置变化时输出电压与电流稳定;在平面U型的基础上改进变压器结构,对比两种变压器输出,并绕制辅助绕组,分析线圈相对位置变化时的输出特性,实验验证加入磁芯的新型松耦合变压器可提高输出能效。
【图文】：

充电站,电动汽车

根据充电规模不同有常规充电站、快速充电站、便携式充电站以及集中式换电站等。具体方式如图1-1。由于接触式充电存在频繁拔插的物理损伤、电火花的安全问题以及通用性问题。无线充电以原副边线圈产生的电磁耦合实现电能传输，解决了传统接触式充电时插头磨损、电接触的安全隐患以及充电器型号单一的问题，具有充电灵活、便携、安全等优点[1]。（a）常规充电站（b）便捷式充电站（c）快速充电站（d）集中式换电站图 1-1 电动汽车充电站分类Fig.1-1 Classification of electric vehicle charging stations1.2 电动汽车无线充电综述电动汽车无线充电的原理为交流市电输出经整流、高频逆变输出给置于车外的原边线圈，与车上的副边线圈通过高频磁场耦合实现电能传输。而无线电能传输的方式可分为微波传输、激光传输、超声波传输、感应耦合式、电磁谐振式等[2-3]，，如图 1-2 所示。微波无线充电和激光无线充电更适合超远距离的充电，适合应用于军事、航天、卫星太阳能空间站等特殊场合，但两者的传输效率都很低，且在传输过程中易受到信号干扰及屏蔽的问题。另外超声波无线充电也存在传输功率和效率相对低的问题。因此以上三种传输方式传输距离较长传输功率较小，不适合电动汽车短距离大功率传输。感应耦合式无线充电（Inductively coupled wireless charging，ICPT）适合大功率近距离条件下的传输，传输距离适合 10cm 到 50cm，传输功率的功率等级为千瓦级传输，传输效率为 70%到 95%

电磁谐振,传输效率,工作频率,不对准

西安理工大学硕士学位论文输功率的功率等级为千瓦级传输，传输效率为 40%到 60%，电路的工作频率范围为几千赫兹到几兆赫兹。电磁谐振式无线电能传输的优势是传输功率大，传输距离相对较大，磁路结构要求小，线圈对准与不对准的变化不敏感，但工作频率较大，且传输效率较低目前亟待解决的问题。（a）感应耦合式无线电能传输（b）电磁谐振式无线电能传输
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U469.72;TM724

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