磁耦合谐振式电动汽车无线能量传输系统的设计与实现

发布时间：2020-08-17 20:28

【摘要】：目前电动汽车(Electric Vehicles,EV)采用有线充电桩的方式对电动汽车进行能源补充,其对设备安装场地、天气等配套要求高,需要人工接线,操作繁琐,同时还存在一定的安全隐患,限制了充电桩和电动汽车的推广。基于非接触式充电省去了有线插电的要求,操作方便、简单、安全。本文研制了磁耦合谐振式电动汽车无线能量传输系统,比电磁感应能量传输的传输距离更长,比微波能量传输的传输功率更大,通过引入闭环控制,实现了动力电池的非接触式能量补充。本文首先运用谐振电路、谐振传输补偿结构等理论对磁耦合谐振式无线能量传输原理进行研究分析。对比RLC串联谐振、RLC并联谐振电路特点,选择RLC串联谐振网络。分析串联-串联(Series-Series,SS)补偿和串联-并联(Series-Parallel,SP)补偿的的传输原理,系统选用SS补偿拓扑。通过建立磁耦合谐振式无线能量传输系统的耦合模型,分析了谐振电感参数、负载阻值等对系统传输性能的影响,对系统总体拓扑结构进行了设计。然后,本文设计了一种具有三级功率变换结构的变换器,第一级AC/DC将工频三相交流电转换为可调直流电,并保证无线能量传输系统的输入功率因数满足相关标准要求。第二级DC/DC为后级提供一个宽范围可调、低输出纹波、精确受控的直流电。第三级DC/AC将直流电变为频率为80kHz的交流,通过谐振网络的原边线圈传输给副边线圈。同步整流部分则将副边线圈所接受到的高频交流电转换成可供电池充电的直流电压。进而,针对传统单纯补偿电容的不足,本文提出了双边CLC补偿的磁耦合谐振式无线能量传输系统谐振变换拓扑结构,通过对其拓扑结构进行理论分析、仿真,设计出的补偿拓扑结构可使原边励磁电流不受耦合和负载情况影响,可实现定频调压控制和电流源输出功能,对副边补偿电容进行小幅调整实现了原边零电压开关(Zero Voltage Switchs,ZVS)。同时,设计了无线能量传输系统的控制电路、驱动电路、原边控制算法、副边控制程序和系统通信协议,实现了对动力电池的恒流充电,使系统更加安全可靠。本文最终研制出了一台6.6KW磁耦合谐振式电动汽车无线能量传输系统实验样机,并对其进行了各项功能以及指标的测试,以30串12V20Ah的6-DZM-20动力电池为负载,进行功率负载测试,测试结果满足设计要求。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM724
【图文】：

电子科技大学硕士学位论文谐振式无线能量传输原理及其结构实际工程中包含 RLC 并联、RLC 串联等效串联电阻为 ，电容的等效串联电虑 的大小在谐振网络中的作用，而 谐振网络系统特性的作用。其中等效电电两端相连，构成了 RLC 串联谐振系

ss1 1L L LL LQR CR R C 联谐振网络发生谐振时，谐振电容与线圈的端电压L C SU U QU拓扑电路中，谐振电容与线圈的端电压较大，对功同时由式（2-5）可知，串联谐振拓扑电路在发生因此若谐振网络原边线圈端电压保持恒定，则选择。联谐振结构等效串联电阻 串联后，再与电容并联，最后直了 RLC 并联谐振网络。其电路如图 2-2 所示。

电子科技大学硕士学位论文补偿拓扑结构有串联-串联（Series-Series,SS）、串联-并联（Series-Parallel,SP）、并联-串联（Parallel-Series,PS）和并联-并联（Parallel-Parallel,PP）等四种。本文提出的无线能量传输系统驱动负载为电动汽车的动力电池，原边为恒定电压源，故无线能量传输系统原边谐振拓扑结构选择 RLC 串联结构，可使谐振网络电路工作在零相角附近，提升无线能量传输系统的传输效率。为简化对无线能量传输系统的理论研究，假设系统的驱动负载为纯电阻特性。2.3.1 SS 补偿拓扑磁耦合谐振式无线能量传输系统的 SS 补偿结构如图 2-4 所示。

【参考文献】

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本文编号：2795795