基于电容切换的ICPT系统负载及互感识别方法

摘要

感应耦合电能传输（Inductive Coupled Power Transfer，ICPT）技术是一种以电磁感应为理论基础的无线电能传输技术，其通过高频电磁场作为传输媒介，避免负载端与供电设备间的电气接触，这使得其具有安全、易于维护、灵活等优点，目前已受到国内外学者的广泛关注。
　　随着ICPT技术的进步，越来越多的负载可接入系统，系统需要为不同大小及性质的负载制定对应的功率控制策略。目前，针对ICPT系统负载及互感参数识别问题缺乏较为深入的研究。传统的负载识别方法将互感参数设定为一固定值，或者假设次级回路至初级回路的反射阻抗为零，这些都是较为理想的条件。然而，如电动汽车无线充电系统，不同电动车具有不同的负载特性，不同的底盘高度及线圈位置偏移也将导致初次级线圈相对位置发生变化，进而呈现不同的互感参数。与此同时，ICPT系统负载变化实际上反应了负载功率需求的变化，系统需要根据负载调节功率输出以确保系统实现高效可靠传输。因此，迫切需要一种负载及互感参数识别方法，为实现精确控制和提升系统性能打下基础。
　　本文以SS型ICPT系统为研究对象，针对其负载及互感参数识别问题展开研究。论文对现有负载识别技术，包括基于反射阻抗的负载识别、基于能量传输模型的负载识别、基于能量注入与能量自由振荡方式的负载识别技术，进行了研究分析，指出了目前方法存在的一些不足，给出本文研究工作的可行性及必要性。
　　结合SS型ICPT系统电路拓扑及已有的负载识别理论基础，提出了基于电容切换的负载识别方法，建立了基于电容切换的负载识别模型，并给出了详细的识别流程以及计算方法。设计了基于电容切换的ICPT系统负载识别电路，包括软开关设计方法、相关信号采样及处理方法。
　　使用Matlab/Simulink建立基于电容切换的ICPT系统负载识别仿真模型，通过仿真验证了所提出方法的正确性。基于理论分析与仿真结果，搭建负载识别实验平台，对系统负载及互感参数变化分别进行了实验验证。实验结果表明所提出的负载识别方法能够以较高的准确度及可信度识别不确定负载及互感参数，该方法能够为系统控制提供依据以提高系统性能。

目录

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 研究目的及主要研究内容

1.4本章小结

2 ICPT系统及负载识别方法分析

2.1 ICPT系统工作原理及基本组成

2.2 SS型ICPT系统反射阻抗基本理论

2.3 负载识别主要方法分析

2.4 本章小结

3 基于电容切换的负载与互感识别方法建模与仿真分析

3.1 基于电容切换的负载识别电路拓扑

3.2 基于电容切换的负载识别模型

3.3 基于Simulink负载识别仿真研究

3.4 本章小结

4 负载识别系统设计

4.1 ICPT系统负载识别控制原理

4.2 ICPT系统负载识别软硬件设计

4.3 本章小结

5 负载识别实验验证及分析

5.1 实验概况

5.2 实验结果及分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间承担或参与的科研项目

C. 作者在攻读学位期间获得的奖励