电动汽车无线充电装置的设计

摘要

在石油资源稀缺和大气污染问题日渐严重的现状下，电动汽车作为传统燃油汽车的代替品，具有非常好的发展前景。电动汽车与传统燃油汽车相比，具有污染小、功耗少的突出优点，电动汽车是绿色经济之路的必须选择。电动车的充电方式主要分为有线充电和无线充电两种。目前，电动汽车有线充电的研究已经相当成熟，很多公司研发的快速的有线充电设备都已经实现量产，并得到了广泛的应用。但是，有线充电也存在很多无法避免的缺点，如装置易磨损，人接触充电枪存在触电风险等。而无线充电避免了有线充电的上述不足。目前，无线充电方式已经成为国内外研究的热点，因此，本文对电动汽车无线充电装置进行了设计。 本文首先对电动汽车无线充电装置整体结构进行了介绍，同时，提出了发射线圈侧的整流部分、逆变部分以及接收线圈侧的谐振补偿部分以及DC-DC部分的电路拓扑结构，并对工作原理进行了分析。 其次，对电动汽车无线充电装置进行了电路设计。其中包括:整流滤波部分器件选型，PFC、BUCK电路硬件设计及其电流电压双闭环控制器的设计;设计了高频逆变电路，并对功率模块以及门极隔离驱动模块器件进行选型;对谐振补偿电路以及接收线圈侧的DC-DC硬件电路进行设计;设计了负载辨识算法。 接着，在MATLAB/Simulink中建立了一个完整的无线充电装置的电路仿真模型。该模型包含了发射线圈侧的整流滤波、PFC、BUCK、高频逆变以及接收线圈侧的谐振补偿、整流以及DC-DC等模块，仿真验证了各部分电路的输入与输出的关系。 最后，本文对无线充电装置搭建了实验样机，在实验中对逆变电路和控制器的控制策略进行了调试。实验结果表明理论分析和仿真结果的一致性。本设计为无线充电技术在电动汽车上的应用奠定了基础。

目录

摘要

1 引言

1．1 研究的目的与意义

1．2 电动汽车无线充电技术国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容与技术路线

1．4 本章小结

2 无线充电装置的拓扑结构与工作原理

2．1 发射线圈侧整流滤波电路拓扑结构与工作原理

2．2 高频逆变部分电路拓扑结构与工作原理

2．3 谐振补偿结构拓扑结构与工作原理

2．4 线圈互感的原理

2．5 DC-DC电路拓扑结构与工作原理

2．6 本章小结

3 无线充电装置的电路设计

3．1 整流电路设计

3．2 PFC电路设计

3．2．1 PFC硬件电路的设计

3．2．2 PFC电路的参数设定

3．2．3 PFC电路的控制方法

3．3 BUCK电路设计

3．3．1 BUCK电路硬件电路的设计

3．3．2 BUCK电路的参数设定

3．3．3 BUCK电路的控制方法

3．4 高频逆变电路设计

3．4．1 高频逆变硬件电路的设计

3．4．2 高频逆变电路的控制

3．4．3 功率模块的选型

3．4．4 门极隔离驱动的选型

3．5 谐振补偿电路设计

3．6 DC-DC电路设计

3．7 负载辨识设计

3．8 控制器的设计

3．8．1 电源模块设计

3．8．2 电压隔离采样设计

3．8．3 电流采样设计

3．8．4 温度检测设计

3．9 本章小结

4 仿真及实验验证

4．1 仿真模型建立与仿真结果分析

4．1．1 PFC仿真模型建立与结果分析

4．1．2 BUCK仿真模型建立与结果分析

4．1．3 输出电路仿真模型建立与结果分析

4．2 实验验证

4．2．1 逆变电路控制策略调试

4．2．2 控制器实现与调试

4．2．3 线圈测试与硬件实物图

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文