具有正交叠层式磁集成耦合机构的无线充电技术研究
发布时间：2021-04-22 20:56
电动车无线充电技术解决了传导式充电技术存在的接口磨损与老化、易受环境影响以及漏电与触电隐患等问题,具备安全可靠、供电灵活以及环境适应性强特点。受限于电动车动力电池组的容量与成本,采用大功率无线充电方式缩短充电时间解决了里程焦虑问题并且提高了用户体验度。然而,由于功率器件容量和成本的限制,传统的单传能通道无线充电系统难以满足大功率能量传输需求。虽然采用多组磁耦合机构串联或并联构成多传能通道降低了器件的电压应力和电流应力,但是此方式存在空间利用率较低、线圈之间交叉耦合影响系统性能、多传能通道中补偿拓扑频率稳定性较差以及系统级电路拓扑与控制方法研究较为薄弱问题。为解决上述问题,本文研究了多传能通道无线充电系统中涉及的若干关键技术,从而实现高灵活性且可靠性的大功率无线能量传输。从传输通道角度出发,研究集成多传能通道的高性能磁耦合机构;从频率稳定性角度出发,研究用于多传能通道中补偿拓扑稳频控制的动态调谐方法;从系统设计角度出发,研究多传能通道无线充电系统电路拓扑与控制方法。针对传统磁耦合机构提升输出功率时存在的问题,在特定发射端和接收端的尺寸约束下,提出具备多传能通道的正交叠层式磁集成耦合机构。...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 磁耦合机构研究现状
1.2.1 高耦合性能类磁耦合机构
1.2.2 强抗偏移类磁耦合机构
1.2.3 多传能通道类磁耦合机构
1.3 稳频控制方法研究现状
1.3.1 无源元件调谐法
1.3.2 变频控制调谐法
1.4 充电控制方法研究现状
1.4.1 恒流和恒压输出型补偿拓扑
1.4.2 恒流和恒压充电控制方法
1.4.3 系统效率提升方法
1.5 本文主要研究内容
第2章 正交叠层式磁集成耦合机构性能与结构分析
2.1 引言
2.2 磁集成交叠线圈的提出
2.2.1 现有磁耦合机构的问题
2.2.2 机理分析与构型设计
2.2.3 典型传能通道性能优化
2.3 磁集成耦合机构工作性能
2.3.1 耦合性能
2.3.2 电气特性
2.3.3 设计流程
2.4 磁耦合机构自对准方法
2.5 实验验证
2.6 本章小结
第3章 基于软开关可控电容的动态调谐方法研究
3.1 引言
3.2 补偿拓扑的频率稳定性分析
3.2.1 LCC-S补偿拓扑
3.2.2 稳频控制必要性
3.3 基于对称结构的软开关可控电容
3.3.1 电路拓扑
3.3.2 工作机理
3.4 基于零相位差搜索的动态调谐方法
3.4.1 频率稳定性判据
3.4.2 调谐状态判定法
3.4.3 调谐方法与仿真
3.5 实验验证
3.6 本章小结
第4章 ISOS无线充电系统电路拓扑与控制方法研究
4.1 引言
4.2 接收端阻抗调节电路
4.2.1 常用阻抗调节电路的工作特性
4.2.2 现有可控整流电路存在的问题
4.2.3 基于同相控制的可控整流电路
4.3 系统电路拓扑与控制方法
4.3.1 电路建模与理论分析
4.3.2 协同充电控制器设计
4.3.3 系统故障容错电路
4.3.4 损耗分析与降损方法
4.4 实验验证
4.5 本章小结
第5章 基于原边反馈控制的无线充电系统研究
5.1 引言
5.2 基于参数辨识的原边反馈控制方法
5.2.1 LCL-S补偿拓扑输出特性
5.2.2 充电电流和电压辨识模型
5.2.3 原边控制器设计与仿真
5.3 基于正交变换法的互感辨识
5.3.1 互感辨识模型
5.3.2 正交变换法分析
5.3.3 递归最小二乘滤波器
5.4 实验验证
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于辅助逆变器的IPT系统原边动态调谐方法研究[J]. 岳鹏飞,易小龙,刘野然,麦瑞坤,何正友,李伟华. 中国电机工程学报. 2019(05)
[2]基于互感差异的双拾取无线电能传输系统功率分配控制策略[J]. 陈国东,吴剑青,孙跃,陈振新,唐春森. 电力系统自动化. 2018(21)
[3]基于遗传算法的SS型磁耦合WPT系统负载与互感识别方法[J]. 苏玉刚,陈龙,吴学颖,卿晓东,唐春森. 电工技术学报. 2018(18)
[4]感应电能传输系统中多拾取线圈互感补偿方法及输出功率平衡策略[J]. 范满义,史黎明,殷正刚,姜龙斌,张发聪. 电工技术学报. 2018(17)
[5]一种采用测量线圈技术的感应电能传输系统调频调谐方法研究[J]. 麦瑞坤,马晓晴,陆立文,李勇,符玲. 中国电机工程学报. 2017(17)
[6]基于最优等效负载控制的感应电能传输系统效率优化方法研究[J]. 麦瑞坤,刘野然,陈阳. 中国电机工程学报. 2016(23)
[7]基于阻抗匹配的IPT系统调谐电容特性[J]. 孙跃,张静,叶兆虹,王智慧. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(05)
[8]基于变补偿参数的IPT恒流恒压电池充电研究[J]. 麦瑞坤,陈阳,刘野然. 中国电机工程学报. 2016(21)
[9]基于双拾取线圈的感应电能传输系统研究[J]. 麦瑞坤,马林森. 中国电机工程学报. 2016(19)
[10]用于电动汽车动态供电的多初级绕组并联无线电能传输技术[J]. 宋凯,朱春波,李阳,郭尧,姜金海,张剑韬. 中国电机工程学报. 2015(17)
博士论文
[1]基于组合式逆变器的无线电能传输系统功率提升技术研究[D]. 李勇.西南交通大学 2017
[2]IPOP和ISOS逆变器组合系统的控制策略研究[D]. 方天治.南京航空航天大学 2009
[3]DC-DC模块化组合变流器的研究[D]. 王林兵.浙江大学 2007
硕士论文
[1]感应电能传输系统动态调谐方法研究[D]. 岳鹏飞.西南交通大学 2019
[2]无线电能传输系统调频调谐技术研究[D]. 马晓晴.西南交通大学 2018
[3]基于最小电流比值的无线电能传输系统动态调谐技术研究[D]. 徐丹露.西南交通大学 2018
[4]无线充电系统磁耦合机构的设计及优化[D]. 曾浩.山东大学 2018
[5]EV-WPT磁耦合机构偏移特性优化设计[D]. 谭若兮.重庆大学 2018
[6]磁谐振无线电能传输的效率分析及稳频控制[D]. 方赞峰.华南理工大学 2017
[7]电动汽车无线充电系统拓扑与控制策略研究[D]. 秦稳稳.合肥工业大学 2017
[8]高效率电动汽车无线充电系统的研究与设计[D]. 赵金萍.天津工业大学 2017
[9]磁耦合谐振式无线电能传输功率特性研究[D]. 王会明.北京化工大学 2016
[10]电动汽车无线充电系统的研制及性能优化[D]. 任晓峰.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3154456
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 磁耦合机构研究现状
1.2.1 高耦合性能类磁耦合机构
1.2.2 强抗偏移类磁耦合机构
1.2.3 多传能通道类磁耦合机构
1.3 稳频控制方法研究现状
1.3.1 无源元件调谐法
1.3.2 变频控制调谐法
1.4 充电控制方法研究现状
1.4.1 恒流和恒压输出型补偿拓扑
1.4.2 恒流和恒压充电控制方法
1.4.3 系统效率提升方法
1.5 本文主要研究内容
第2章 正交叠层式磁集成耦合机构性能与结构分析
2.1 引言
2.2 磁集成交叠线圈的提出
2.2.1 现有磁耦合机构的问题
2.2.2 机理分析与构型设计
2.2.3 典型传能通道性能优化
2.3 磁集成耦合机构工作性能
2.3.1 耦合性能
2.3.2 电气特性
2.3.3 设计流程
2.4 磁耦合机构自对准方法
2.5 实验验证
2.6 本章小结
第3章 基于软开关可控电容的动态调谐方法研究
3.1 引言
3.2 补偿拓扑的频率稳定性分析
3.2.1 LCC-S补偿拓扑
3.2.2 稳频控制必要性
3.3 基于对称结构的软开关可控电容
3.3.1 电路拓扑
3.3.2 工作机理
3.4 基于零相位差搜索的动态调谐方法
3.4.1 频率稳定性判据
3.4.2 调谐状态判定法
3.4.3 调谐方法与仿真
3.5 实验验证
3.6 本章小结
第4章 ISOS无线充电系统电路拓扑与控制方法研究
4.1 引言
4.2 接收端阻抗调节电路
4.2.1 常用阻抗调节电路的工作特性
4.2.2 现有可控整流电路存在的问题
4.2.3 基于同相控制的可控整流电路
4.3 系统电路拓扑与控制方法
4.3.1 电路建模与理论分析
4.3.2 协同充电控制器设计
4.3.3 系统故障容错电路
4.3.4 损耗分析与降损方法
4.4 实验验证
4.5 本章小结
第5章 基于原边反馈控制的无线充电系统研究
5.1 引言
5.2 基于参数辨识的原边反馈控制方法
5.2.1 LCL-S补偿拓扑输出特性
5.2.2 充电电流和电压辨识模型
5.2.3 原边控制器设计与仿真
5.3 基于正交变换法的互感辨识
5.3.1 互感辨识模型
5.3.2 正交变换法分析
5.3.3 递归最小二乘滤波器
5.4 实验验证
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于辅助逆变器的IPT系统原边动态调谐方法研究[J]. 岳鹏飞,易小龙,刘野然,麦瑞坤,何正友,李伟华. 中国电机工程学报. 2019(05)
[2]基于互感差异的双拾取无线电能传输系统功率分配控制策略[J]. 陈国东,吴剑青,孙跃,陈振新,唐春森. 电力系统自动化. 2018(21)
[3]基于遗传算法的SS型磁耦合WPT系统负载与互感识别方法[J]. 苏玉刚,陈龙,吴学颖,卿晓东,唐春森. 电工技术学报. 2018(18)
[4]感应电能传输系统中多拾取线圈互感补偿方法及输出功率平衡策略[J]. 范满义,史黎明,殷正刚,姜龙斌,张发聪. 电工技术学报. 2018(17)
[5]一种采用测量线圈技术的感应电能传输系统调频调谐方法研究[J]. 麦瑞坤,马晓晴,陆立文,李勇,符玲. 中国电机工程学报. 2017(17)
[6]基于最优等效负载控制的感应电能传输系统效率优化方法研究[J]. 麦瑞坤,刘野然,陈阳. 中国电机工程学报. 2016(23)
[7]基于阻抗匹配的IPT系统调谐电容特性[J]. 孙跃,张静,叶兆虹,王智慧. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(05)
[8]基于变补偿参数的IPT恒流恒压电池充电研究[J]. 麦瑞坤,陈阳,刘野然. 中国电机工程学报. 2016(21)
[9]基于双拾取线圈的感应电能传输系统研究[J]. 麦瑞坤,马林森. 中国电机工程学报. 2016(19)
[10]用于电动汽车动态供电的多初级绕组并联无线电能传输技术[J]. 宋凯,朱春波,李阳,郭尧,姜金海,张剑韬. 中国电机工程学报. 2015(17)
博士论文
[1]基于组合式逆变器的无线电能传输系统功率提升技术研究[D]. 李勇.西南交通大学 2017
[2]IPOP和ISOS逆变器组合系统的控制策略研究[D]. 方天治.南京航空航天大学 2009
[3]DC-DC模块化组合变流器的研究[D]. 王林兵.浙江大学 2007
硕士论文
[1]感应电能传输系统动态调谐方法研究[D]. 岳鹏飞.西南交通大学 2019
[2]无线电能传输系统调频调谐技术研究[D]. 马晓晴.西南交通大学 2018
[3]基于最小电流比值的无线电能传输系统动态调谐技术研究[D]. 徐丹露.西南交通大学 2018
[4]无线充电系统磁耦合机构的设计及优化[D]. 曾浩.山东大学 2018
[5]EV-WPT磁耦合机构偏移特性优化设计[D]. 谭若兮.重庆大学 2018
[6]磁谐振无线电能传输的效率分析及稳频控制[D]. 方赞峰.华南理工大学 2017
[7]电动汽车无线充电系统拓扑与控制策略研究[D]. 秦稳稳.合肥工业大学 2017
[8]高效率电动汽车无线充电系统的研究与设计[D]. 赵金萍.天津工业大学 2017
[9]磁耦合谐振式无线电能传输功率特性研究[D]. 王会明.北京化工大学 2016
[10]电动汽车无线充电系统的研制及性能优化[D]. 任晓峰.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3154456
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