电动汽车无线充电系统与控制方法研究

发布时间：2017-09-23 04:00

  本文关键词：电动汽车无线充电系统与控制方法研究

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【摘要】：相对于传统的汽车充电方式,电动汽车无线充电实现了安全、方便、灵活、可靠、无直接电气连接等优点。本文采用磁共振式无线电能充电技术,并在已有的研究基础上,针对耦合系数和原副线圈位置变化的关系,展开了更进一步的理论和仿真研究。并对充电系统的整体进行分析与仿真,引用软开关技术和变频控制,提高系统的传输效率。首先,介绍了传统的电动汽车充电方式的缺点和不足之处,提出了对电动汽车无线充电系统的研究。概述了电动汽车无线充电技术在国内外的研究现状、主要的研究成果和发展趋势。然后,分别分析对比三种无线电能传输方式在电动汽车应用的情况下的优点和不足,选出了本文适用的电动汽车无线充电的技术方法。推导出磁共振等效电路模型,并在考虑原、副边绕组内阻的情况下对4种补偿电路的谐振耦合电容进行参数设计,分析了系统中的各个组成部分对输出功率和传输效率的影响因素。整流和逆变电路分别从电力电子器件的选择、开关管的控制方式和电能变换电路拓扑结构三方面进行分析。其次,分析对比了两种线圈结构的选择和设计,选择了本文适用的两线圈结构和圆柱型螺旋线圈。针对电动汽车无线充电系统中的原副线圈在不同空间位置时的耦合系数进行了研究。通过理论推导出原副线圈在不同空间位置的耦合系数公式,并利用MATLAB仿真出耦合系数因两线圈位置变化的关系。并进一步利用Ansoft HFSS电磁仿真软件进行验证,对电能传输过程中的磁芯和周围空间的磁场分布进行了研究,得出了两谐振线圈的耦合系数和位置偏移量之间的关系。从而验证公式推导的正确性。最后,介绍了电动汽车无线充电原理,并详细介绍了软开关的工作原理和实现条件,通过MATLAB仿真软件实现了开关管的软开关控制,验证了参数设计的正确性。在实现软开关的基础上,详细介绍了变频控制方法的工作原理,通过Matlab仿真软件,参考无线电能传输系统拓扑的特点与电路的参数设计,在Simulink中搭建系统的仿真模型。结果表明,系统功率损耗小,传输功率高。
【关键词】：电动汽车 磁共振 耦合系数 特性研究 软开关 变频控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM910.6;TM724
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 论文研究背景10-11
• 1.2 电动汽车无线充电技术研究现状及发展趋势11-17
• 1.2.1 电动汽车无线充电技术国外研究现状12-15
• 1.2.2 电动汽车无线充电技术国内研究现状15-17
• 1.3 论文研究意义与主要内容17-19
• 1.3.1 论文研究意义17
• 1.3.2 主要内容17-19
• 第2章 无线电能传输的拓扑结构分析19-31
• 2.1 无线电能传输方式及原理19-22
• 2.1.1 电辐射式电能传输19-20
• 2.1.2 电磁感应式电能传输20-21
• 2.1.3 磁共振式电能传输21-22
• 2.2 磁共振式无线电能传输的理论研究22-25
• 2.2.1 谐振电路理论研究22-24
• 2.2.2 磁共振式无线电能传输的基本电路模型24-25
• 2.3 磁共振式无线电能传输的补偿电路分析25-28
• 2.4 影响磁共振式无线电能传输的因素28-30
• 2.4.1 电力电子器件的选择28-29
• 2.4.2 电能变换电路拓扑结构的选择29-30
• 2.4.3 高频逆变电路控制方式30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 磁共振式无线电能传输方向性研究31-48
• 3.1 线圈结构的选择31-37
• 3.1.1 两线圈结构31-32
• 3.1.2 四线圈结构32-33
• 3.1.3 线圈设计33-37
• 3.2 磁共振式无线电能传输方向性研究37-47
• 3.2.1 同轴平行线圈间垂直间距对耦合系数的影响38-42
• 3.2.2 两平行线圈圆心水平方向间距对耦合系数的影响42-45
• 3.2.3 同心两线圈偏转角度对耦合系数的影响45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 电动汽车无线充电系统仿真48-60
• 4.1 电动汽车无线充电系统工作原理48
• 4.2 控制策略研究48-56
• 4.2.1 软开关控制48-54
• 4.2.2 变频控制54-56
• 4.3 电动汽车无线充电系统仿真56-59
• 4.4 本章小结59-60
• 结论与展望60-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 附录 攻读硕士学位期间所发表的主要学术论文目录68

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本文编号：903060