超级电容观光车无线充电系统仿真及性能优化

发布时间：2017-05-04 09:03

  本文关键词：超级电容观光车无线充电系统仿真及性能优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着环境污染和化石燃料不断紧缺,电动汽车作为绿色交通工具越来越多的出现在人们的生活中。然而电动汽车的充电问题一直困扰着人们。本文设计系统采用无线充电方式为超级电容观光车充电,与传统的接触充电方式相比,无线充电方式更加安全、美观、操作简单。文中首先对系统进行了理论分析。基于互感耦合模型建立了超级电容无线充电系统等效电路模型,推导了系统传输功率、传输效率和充电电流表达式。分析了超级电容电压对充电电流和Buck电路占空比的影响。推导了直流母线电压、互感值、Buck电路占空比和充电电流之间的内在联系。分析了互感值对系统传输效率和传输功率的影响。对于系统中存在的频率分叉问题,给出分叉频率和临界负载的计算方法。对于充电电流随超级电容电压改变的问题,采取了在副边增加Buck电路、PI控制占空比的策略实现恒流充电。然后对系统电路进行了仿真研究。基于仿真工具Pspice,分析了直流母线电压、超级电容电压、磁耦合机构互感值和Buck电路占空比对超级电容充电电流的影响。分析了谐振频率对充电电流的影响,研究了工作频率对系统稳定性的影响。最后对系统频率分叉现象进行了仿真研究,分析了频率分叉对传输功率、效率和充电电流的影响。对磁耦合机构进行了仿真研究。基于有限元仿真软件,分析了不同平面磁芯结构对单个线圈电感值的影响,从提高线圈空间利用率的角度出发,给出了方形平板磁芯的优越性;对不同磁耦合机构下副边线圈偏移进行仿真,分析了偏移对于磁耦合机构自感、互感、耦合系数的影响;分析了方形平板磁芯线圈匝数和尺寸改变对磁耦合机构产生的影响;分析了原副边尺寸不对称结构对系统偏移能力的影响。文中最后给出了相关的实验数据,对理论分析和仿真分析进行验证。
【关键词】：无线充电 超级电容 频率分叉 磁耦合机构优化设计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TM910.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 电动汽车无线充电研究现状10-13
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 课题研究和内容13-14
• 第2章 系统基本原理与建模分析14-36
• 2.1 引言14
• 2.2 磁耦合共振技术原理分析14-19
• 2.2.1 互感耦合模型14-16
• 2.2.2 谐振补偿技术16-19
• 2.3 超级电容无线充电系统建模分析19-24
• 2.3.1 超级电容等效电路模型19-20
• 2.3.2 Buck电路阻抗变换20-21
• 2.3.3 全桥整流滤波阻抗变换21-22
• 2.3.4 系统等效电路模型22-24
• 2.4 超级电容电压对系统影响24-26
• 2.4.1 超级电容电压和充电电流关系24-25
• 2.4.2 超级电容电压和占空比关系25-26
• 2.5 互感对系统影响分析26-29
• 2.5.1 互感对充电电流影响26-27
• 2.5.2 互感对系统传输功率的影响27-28
• 2.5.3 互感对系统传输效率影响分析28-29
• 2.6 频率分叉29-33
• 2.7 恒流控制策略33-35
• 2.7.1 Buck电路恒流控制33-34
• 2.7.2 PI控制程序34-35
• 2.8 本章小结35-36
• 第3章 系统电路仿真分析36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 超级电容充电特性仿真分析36-42
• 3.2.1 互感对系统影响分析36-38
• 3.2.2 电容起始电压对系统影响分析38-40
• 3.2.3 直流母线电压对系统影响分析40-42
• 3.3 工作频率对系统稳定性影响分析42-46
• 3.4 频率分叉现象仿真分析46-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第4章 磁耦合机构仿真研究50-63
• 4.1 引言50
• 4.2 磁芯结构选择50-57
• 4.2.1 磁芯结构对单个线圈影响分析50-54
• 4.2.2 磁芯结构对偏移能力影响分析54-57
• 4.3 线圈设计57-60
• 4.3.1 匝数对磁耦合机构影响分析57-58
• 4.3.2 线圈尺寸对磁耦合机构影响分析58-60
• 4.4 不对称结构偏移能力分析60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 系统特性实验研究63-73
• 5.1 引言63
• 5.2 磁耦合机构实验测量数据63-65
• 5.3 工作频率对系统稳定性影响实验65-66
• 5.4 超级电容实验数据66-72
• 5.4.1 超级电容充电特性66-67
• 5.4.2 直流母线电压对系统影响实验数据67-71
• 5.4.3 PI恒流控制实验71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-75
• 参考文献75-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李阳;杨庆新;陈海燕;闫卓;张献;薛明;;无线电能传输系统中影响传输功率和效率的因素分析[J];电工电能新技术;2012年03期

2 张献;杨庆新;陈海燕;李阳;蔡燕;金亮;;电磁耦合谐振式无线电能传输系统的建模、设计与实验验证[J];中国电机工程学报;2012年21期

3 程志远;宋凯;魏国;逯仁贵;朱春波;;感应电能传输系统死区开关特性的研究[J];中国电机工程学报;2014年21期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李阳;大功率谐振式无线电能传输方法与实验研究[D];河北工业大学;2012年

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本文编号：344762