电动汽车ICPT系统高耦合特性电磁耦合机构研究

发布时间：2020-11-10 19:50

　　 面对能源危机与环境问题带来的挑战,许多国家和地区都出台了鼓励电动汽车行业发展的相关政策,激励了大量的专家学者与汽车企业投身于电动汽车关键技术的研究与开发。另外,随着电池技术的不断突破和国家优惠政策的持续加大,购买电动汽车的用户与潜在消费者也正在不断增多。目前,电动汽车普遍采用有线的充电形式对电动汽车进行接触式充电,但随着电动汽车行业对自动化与智能化水平要求的提高,无线电能传输(Wireless Power Transmission,WPT)技术在电动汽车中的应用也受到了越来越广泛的关注。而在诸多的WPT技术中,感应式无线电能传输(Inductively Coupled Power Transmission,ICPT)技术因其传输功率大,传输效率高等特性,是目前WPT技术中被研究最多,也是最趋近于商业化应用的技术之一。随着当前电动汽车自动泊车、自动驾驶等电子辅助驾驶技术的成熟与应用,甚至未来电动汽车无人驾驶技术的推广与普及,静止的电动汽车在无线充电的过程中能够做到电磁耦合机构的微小偏移甚至是精确对准。因此,本文针对静止式电动汽车ICPT系统,提出一种新型十字型电磁耦合机构,其具有高耦合特性、极好的旋转偏移特性以及较好的水平和垂直偏移特性。同时搭配系统副边直流斩波电路的闭环控制技术,能够为电动汽车提供一个较大的满功率充电范围,足以满足电动汽车无线充电的实际需求。针对以上分析,本文主要围绕静止式电动汽车ICPT系统中的电磁耦合机构展开研究。首先对电动汽车ICPT系统及其电磁耦合机构的研究背景、国内外研究现状、论文的研究目的和意义以及论文的组织架构与主体内容进行概要。其次以电磁耦合机构基础理论为切入点,逐步对谐振补偿技术基础理论和高频电能变换技术基础理论进行分析,并着重研究整个电动汽车ICPT系统的能效特性。然后针对电动汽车ICPT技术的应用特点,提出一种十字型电磁耦合机构,并以高耦合特性作为目标对十字型电磁耦合机构进行进一步优化设计。接着以优化后的十字型电磁电磁耦合机构为主体,对电动汽车ICPT系统进行磁电一体化联合仿真,并通过在副边加入直流斩波电路实现系统在一定范围内满功率输出。最后通过硬件实验对理论研究与仿真结果进行验证。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM724
【部分图文】：

1 绪论最常用的方式，也是本文研究的主要术是一种利用空间电磁场实现电能在充充电方式，如图 1-1 所示，市电经过校正机构提高其网侧功率因数以保证本转化为高频交流电，再经过原边补偿藏在高频磁场中，由副边拾取线圈感电能，从而实现原/副边物理隔离。副补偿机构与电能变换装置为车载电池边控制机构控制副边补偿机构与电能牙进行信息交互。

究 所 (Korea Electro-technology Research Institute) ； 美 国 麻 省 理 工 学 院(Massachusetts Institute of Technology，MIT)、橡树林国家实验室(Oak RidgeNational Laboratory)；日本东京大学(Tokyo University)、埼玉大学(SaitamaUniversity)、东北大学(Tohoku University)、早稻田大学(Waseda University)等国外研究团队对电动汽车无线电能传输系统电磁耦合机构进行了相关的研究，其研究内容主要集中在电磁耦合机构的结构设计、建模方法及电磁屏蔽技术等方面。其中，新西兰奥克兰大学与韩国 KAIST 针对电动汽车无线电能传输系统的电磁耦合机构发表的成果较多且较为典型。日本东北大学的主要研究内容是无线电能技术在电动汽车上的应用，其利用多个原边能量发射线圈组成系统的能量发射装置，通过传感器检测技术实时检测并确定电动汽车运行时所在的位置，根据该位置信息自动切换原边能量发射线圈的开关状态[32-33]。2010 年日本琦玉大学提出如图 1-2(a)所示的适用于静止式电动汽车无线充电多向磁场拾取的电磁耦合机构，并于 2012 年搭建图 1-2(b)所示电磁耦合机构，并在传输距离 20cm 的情况下，实现了 3kW、90%的功率传输[34-35]。

1 绪论功率容量最优方案。并以直径为 70cm 的电磁耦合机构，在水平偏移距离为 13cm，传输距离为 20cm 的情况下，实现了 2-5kW 的无线电能传输。在 2013 年，提出了图 1-3(b)所示的 DD(Double-D Type)型及图 1-3(c)所示的 DDQ 型线圈结构[41]，并以 DD 型线圈作为能量发射线圈，以 DDQ 型作为能量拾取线圈，组成了电磁耦合机构。相对于图 1-3(a)所示的单线圈型电磁耦合机构，改进的电磁耦合机构提供的充电区域增加了 4 倍。为进一步减小 DDQ 型线圈绕线的用线量，ZaheerA.提出了一种 BPP 型线圈结构(图 1-3 (d))替代 DDQ 型线圈作为拾取线圈，减少了1/4 的用线量[42-43]。目前在静止式电动汽车无线充电领域，DD(DDQ)型电磁耦合机构得到了较为广泛的应用，这种结构在垂直铁氧体磁芯条方向具有良好的位置偏移容忍特性，但却牺牲了平行铁氧体磁芯条方向的位置偏移特性。
【参考文献】

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本文编号：2878283