应用于电动汽车无线充电系统的结构优化及控制策略研究

摘要

在我国大力实施可持续发展战略的背景下，电动汽车（EV）得到了长足发展，而常规充电装置存在可操作性差、安全性低、占地面积大等缺点，很大程度上限制了电动汽车的大面积推广。相比而言，无线电能传输技术（WPT）具有安全性、可操作性强、智能化等优点，基于无线电能传输技术的电动汽车充电系统具有极强的研究价值和广阔的应用前景。
　　本文基于磁耦合谐振原理，借助互感理论，从原理上分析了WPT系统的能量传输机理，并在此基础上优化结构参数，设计了较小尺寸的磁耦合机构，完成了应用于电动汽车的中等功率的无线充电系统。
　　本文首先从谐振式WPT系统的电路互感模型出发，解释了WPT系统涉及的电容补偿原理，说明了选用“PS-SS”补偿结构的合理性，推导出了系统参数（传输功率、系统效率）的数学表达式；比较了线性负载、非线性负载对系统参数影响的异同点；定量分析了耦合系数、互感值对系统参数的影响，提出了系统优化设计的一般性结论。
　　其次完成了电动汽车无线充电系统的研制工作，主要包括高频逆变源、控制电路、信号检测以变换电路、保护电路以及磁耦合机构设计。在上述硬件平台上完成了相关的特性实验，包括电池负载特性、频率特性、偏移传输特性以及能量损耗分布研究等实验，最终该平台开环状态下，在20cm空间距离实现了3.6kW功率输出，且最大转换效率90％以上，并具备一定的偏移能力。
　　最后对WPT系统的相关控制策略进行了研究分析，验证了通过改变系统的工作频率实现对电池的恒流可控充电的可行性，并通过实验结果得出了常规控制算法在非线性的WPT系统有一定局限性的结论，对模糊控制算法在WPT系统中应用进行了展望。

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第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2电动汽车无线充电技术研究现状

1.3课题来源

1.4本文主要研究内容

第2章 WPT系统能量传输机理及参数优化设计

2.1引言

2.2 WPT系统互感耦合模型

2.3谐振补偿结构分析

2.4含负载的WPT系统建模分析

2.5系统参数取值分析

2.6 本章小结

第3章 磁耦合谐振式无线充电平台设计研究

3.1引言

3.2硬件电路设计

3.3磁耦合机构设计

3.4反馈调节方案设计

3.5本章小结

第4章 电动汽车无线充电系统特性分析

4.1引言

4.2电池负载特性研究

4.3 WPT系统频率特性研究

4.4 WPT系统偏移传输特性研究

4.5 WPT系统能量损耗分布研究

4.6本章小结

第5章 电动汽车无线充电系统控制策略分析及相关实验验证

5.1引言

5.2控制策略对比研究

5.3系统控制参数整定

5.4 WPT系统反馈调节实验验证

5.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢