基于双接收线圈的电动汽车动态无线充电系统研究
发布时间：2021-08-25 05:26
随着全球环境污染的日益严重,电动汽车等绿色交通的发展和应用变得越来越重要,电动汽车具有污染小、维护和驾驶成本低等诸多优点。但电动汽车存在续航里程短、充电频繁的问题,动态无线充电技术可以在电动汽车行进的过程中给汽车补充电能,具有广阔的应用前景。本文研究基于双接收线圈的电动汽车动态无线充电系统,针对相邻线圈之间的交叉互感对系统特性影响以及发射线圈电流产生的损耗和线圈切换问题,从系统的供电结构、补偿网络、磁耦合机构等方面进行研究。本文分析了LCC-S谐振补偿网络的基本特性,通过合理的参数配置,可以使发射线圈电流具备恒流源特性,且不受互感和负载变化的影响。利用Maxwell电磁仿真软件对磁耦合机构的线圈模型以及不同相邻发射线圈距离下的抗偏移特性进行了对比分析,发现在相邻发射线圈距离很小的情况下,由于耦合系数的互补关系,具有良好的抗偏移特性,输出功率波动较小。为了消除了相邻线圈间的交叉互感对系统特性的影响,对补偿电容进行了优化设计,通过理论分析、仿真和实验,验证了该补偿电容优化方案可以有效的提高系统的输出功率和效率,实验结果表明,补偿电容优化后,系统的输出功率提高了41.3%,效率提高了8.8%...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
有线充电方式
于汽油，所以必须经常进行充电作业，针对电动汽车的充电问题，可供使用的解决方案主要有三种：更换电池组、有线充电方式和无线充电方式[1]。其中，更换电池组可以为电动汽车快速补充电能，但是存在不同品牌的汽车电池不能互用、换电站电池储备量太大、建设费用和维护成本较高等问题。目前电动汽车有线充电方式应用广泛，因此对充电桩的需求也越来越大，如图1-1所示，对于有线充电方式，频繁的插拔很容易导致插座磨损和产生电火花，导线的损坏会产生漏电等安全隐患[2-3]。无线电能传输（WirelessPowerTransfer,WPT）供电方式如图1-2所示，该方式具有美观、安全、便捷以及充电过程全自动等优点，可以较好的解决有线充电所带来的问题[4]。图1-1有线充电方式图1-2无线充电方式WPT供电方式将发射线圈埋入地下，通过高频交变磁场将电能从发射端传送给车辆接收端拾取装置，为电动汽车提供电能。无线电能传输技术根据机理的不同主要分为三种方式：感应耦合式（InductivelyCoupledPowerTransfer，ICPT）、微波辐射式（McrowavePowerTransmission，MPT）和磁耦合谐振式（MagneticallyCoupledResonant
第一章绪论3如图1-3（b）所示，当汽车到来时，开通相应的发射线圈传输功率，当汽车驶离时则关断此线圈。线圈阵列式供电系统不仅可以减小不必要的损耗、提升系统的功率还可以减少电磁辐射，但此方式存在输出功率不稳定和控制方式复杂的问题。（a）导轨式DWC系统（b）线圈阵列式DWC系统图1-3电动汽车动态无线充电系统[20]在DWC系统中，电动汽车的车载线圈通常有单接收线圈和多接收线圈两种。单接收线圈装置简单但获取的功率受限，而多接收线圈可以为负载提供大电流，从而获得较大的输出功率，但接收线圈之间存在的交叉耦合会降低系统的输出功率和效率。本文基于磁耦合谐振式动态无线供电原理，电动汽车的发射端采用应用前景较好的线圈阵列式结构，接收端利用双接收线圈为负载提供电能，通过对系统的补偿结构、耦合机构、开关切换方式等方面进行分析和研究，实现电动汽车在行驶的过程中高效稳定的功率传输。1.2电动汽车无线电能传输技术研究现状1.2.1无线电能传输技术发展过程无线电能传输技术是由NikolaTesla在19世纪90年代提出，他利用实验室内的线圈和塔上的铜球作为发射和接收端完成了无线电能传输实验。1964年，威廉·布朗演示了远场（辐射）无线电能传输方法，他利用整流天线有效地将微波转换为直流电，根据微波辐射原理，从地面为一架直升机无线供电。在1975年，布朗展示了475W的微波短程传输，其DC-DC效率为54％。此后，布朗和罗伯特·迪金森在美国宇航局喷气推进实验室使用2.38GHz的微波，从一个26米的天线到相距1.5公里的一个7.3m×3.5m的整流天线阵列之间传输30kW的功率，效率高达80％。2007年，麻省理工学院（MIT）的研究团队基于磁耦合谐振理论，使用半径为30cm的耦合线圈实现2m距离的功率传输，其效率为40%。目前国内外学者对?
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车无线充电技术综述[J]. 蔡栋兴. 计算机与数字工程. 2019(06)
[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]电动汽车无线充电技术研究与应用探讨[J]. 张鑫,贾二炬,范兴明. 电子技术应用. 2017(01)
[4]电动汽车无线充电技术研究综述[J]. 赵争鸣,刘方,陈凯楠. 电工技术学报. 2016(20)
[5]适用于分段式动态无线充电的接力方法[J]. 赵锦波,蔡涛,段善旭,丰昊,张晓明. 电力系统自动化. 2016(16)
[6]基于输出能效特性的IPT系统磁耦合机构设计[J]. 王智慧,胡超,孙跃,戴欣. 电工技术学报. 2015(19)
[7]基于能量传输通道的IPT系统非法负载检测技术[J]. 孙跃,蒋成,王智慧,戴欣. 电工技术学报. 2015(S1)
[8]谐振耦合无线传能高速列车系统最大传输效率的研究[J]. 张献,苏杭,杨庆新,张欣,李连鹤,苏尹. 电工技术学报. 2015(S1)
[9]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)
[10]无线电能传输技术的关键基础与技术瓶颈问题[J]. 杨庆新,章鹏程,祝丽花,薛明,张献,李阳. 电工技术学报. 2015(05)
博士论文
[1]基于分段导轨模式的电动车无线供电技术关键问题研究[D]. 田勇.重庆大学 2012
硕士论文
[1]磁耦合谐振式电动汽车动态无线充电系统研究[D]. 曾庆奇.华南理工大学 2019
[2]电动汽车无线供电系统导轨切换的检测和控制[D]. 徐勇.重庆大学 2016
本文编号：3361490
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
有线充电方式
于汽油，所以必须经常进行充电作业，针对电动汽车的充电问题，可供使用的解决方案主要有三种：更换电池组、有线充电方式和无线充电方式[1]。其中，更换电池组可以为电动汽车快速补充电能，但是存在不同品牌的汽车电池不能互用、换电站电池储备量太大、建设费用和维护成本较高等问题。目前电动汽车有线充电方式应用广泛，因此对充电桩的需求也越来越大，如图1-1所示，对于有线充电方式，频繁的插拔很容易导致插座磨损和产生电火花，导线的损坏会产生漏电等安全隐患[2-3]。无线电能传输（WirelessPowerTransfer,WPT）供电方式如图1-2所示，该方式具有美观、安全、便捷以及充电过程全自动等优点，可以较好的解决有线充电所带来的问题[4]。图1-1有线充电方式图1-2无线充电方式WPT供电方式将发射线圈埋入地下，通过高频交变磁场将电能从发射端传送给车辆接收端拾取装置，为电动汽车提供电能。无线电能传输技术根据机理的不同主要分为三种方式：感应耦合式（InductivelyCoupledPowerTransfer，ICPT）、微波辐射式（McrowavePowerTransmission，MPT）和磁耦合谐振式（MagneticallyCoupledResonant
第一章绪论3如图1-3（b）所示，当汽车到来时，开通相应的发射线圈传输功率，当汽车驶离时则关断此线圈。线圈阵列式供电系统不仅可以减小不必要的损耗、提升系统的功率还可以减少电磁辐射，但此方式存在输出功率不稳定和控制方式复杂的问题。（a）导轨式DWC系统（b）线圈阵列式DWC系统图1-3电动汽车动态无线充电系统[20]在DWC系统中，电动汽车的车载线圈通常有单接收线圈和多接收线圈两种。单接收线圈装置简单但获取的功率受限，而多接收线圈可以为负载提供大电流，从而获得较大的输出功率，但接收线圈之间存在的交叉耦合会降低系统的输出功率和效率。本文基于磁耦合谐振式动态无线供电原理，电动汽车的发射端采用应用前景较好的线圈阵列式结构，接收端利用双接收线圈为负载提供电能，通过对系统的补偿结构、耦合机构、开关切换方式等方面进行分析和研究，实现电动汽车在行驶的过程中高效稳定的功率传输。1.2电动汽车无线电能传输技术研究现状1.2.1无线电能传输技术发展过程无线电能传输技术是由NikolaTesla在19世纪90年代提出，他利用实验室内的线圈和塔上的铜球作为发射和接收端完成了无线电能传输实验。1964年，威廉·布朗演示了远场（辐射）无线电能传输方法，他利用整流天线有效地将微波转换为直流电，根据微波辐射原理，从地面为一架直升机无线供电。在1975年，布朗展示了475W的微波短程传输，其DC-DC效率为54％。此后，布朗和罗伯特·迪金森在美国宇航局喷气推进实验室使用2.38GHz的微波，从一个26米的天线到相距1.5公里的一个7.3m×3.5m的整流天线阵列之间传输30kW的功率，效率高达80％。2007年，麻省理工学院（MIT）的研究团队基于磁耦合谐振理论，使用半径为30cm的耦合线圈实现2m距离的功率传输，其效率为40%。目前国内外学者对?
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动汽车无线充电技术综述[J]. 蔡栋兴. 计算机与数字工程. 2019(06)
[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]电动汽车无线充电技术研究与应用探讨[J]. 张鑫,贾二炬,范兴明. 电子技术应用. 2017(01)
[4]电动汽车无线充电技术研究综述[J]. 赵争鸣,刘方,陈凯楠. 电工技术学报. 2016(20)
[5]适用于分段式动态无线充电的接力方法[J]. 赵锦波,蔡涛,段善旭,丰昊,张晓明. 电力系统自动化. 2016(16)
[6]基于输出能效特性的IPT系统磁耦合机构设计[J]. 王智慧,胡超,孙跃,戴欣. 电工技术学报. 2015(19)
[7]基于能量传输通道的IPT系统非法负载检测技术[J]. 孙跃,蒋成,王智慧,戴欣. 电工技术学报. 2015(S1)
[8]谐振耦合无线传能高速列车系统最大传输效率的研究[J]. 张献,苏杭,杨庆新,张欣,李连鹤,苏尹. 电工技术学报. 2015(S1)
[9]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)
[10]无线电能传输技术的关键基础与技术瓶颈问题[J]. 杨庆新,章鹏程,祝丽花,薛明,张献,李阳. 电工技术学报. 2015(05)
博士论文
[1]基于分段导轨模式的电动车无线供电技术关键问题研究[D]. 田勇.重庆大学 2012
硕士论文
[1]磁耦合谐振式电动汽车动态无线充电系统研究[D]. 曾庆奇.华南理工大学 2019
[2]电动汽车无线供电系统导轨切换的检测和控制[D]. 徐勇.重庆大学 2016
本文编号：3361490
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