电动汽车动态充电模式相邻导轨激磁电流同步策略

摘要

近年来电动汽车发展如火如荼，成为未来新能源汽车主要力量。但是在电池续航能力仍然有待提高，人们采取了许多措施来提高电动汽车续航能力，诸如可更换电池、充电桩等。而磁耦合无线电能传输(Magnetic Coupling Wireless Power Transfer)技术作为无线充电技术的主要分支，具有传输效率高、传输功率大、传输间距较远、受电设备与电源间位置灵活无需线缆等优点，极为适合用来解决目前电动汽车续航不足的问题。　　在电动汽车无线充电应用领域中可分为静态无线充电和动态无线充电(Dynamic Wireless Charging),其中静态无线充电技术同有线充电桩技术均存在充电频繁、充电时间长、续航里程短、电池体积大等问题。因此DWC技术将成为未来解决电动汽车充电问题的关键，用于改善静态和有线充电方法存在的问题。目前该技术已成为国内外许多学者、研究团队的主要研究热点，研究成果拓展应用到了工程领域上，为电动汽车充电领域提供了新的解决方案。然而随着研究与应用的深入，许多关键问题都亟待解决，本文所涉及的导轨切换时激磁电流同步便是其中之一。　　本文旨在给出一种通过检测相邻导轨感应电流的方法，达到导轨切换时相邻导轨激磁电流同步的目标，并对此展开了研究工作。首先从能量变换拓扑、谐振补偿网络、磁耦合机构以及位置检测等功能部分简要介绍了系统构成与原理。分析了常见相邻导轨激磁电流同步方法，通过几种不同方法间的比较，阐述了本文所采用的利用导轨间感应电流实现相邻导轨激磁电流同步的必要性与优势。随后，基于交流阻抗法建立了系统单导轨充电与双导轨充电的稳态数学模型，给出了电能传输及导轨感应电流的数学表达式，分析了感应电流与导轨线圈、拾取线圈间互感值的关系，最后给出了一种利用该感应电流进行导轨电流同步控制策略的约束条件及谐振元件的参数设计，并在此基础上给出了该同步策略的检测元器件选型、软件实现及控制策略流程图。　　最后利用Matlab/Simulink仿真工具搭建了系统仿真模型，对文中所推导得到的感应电流表达式以及导轨切换时相邻导轨电流同步效果进行了仿真验证，并搭建了实验装置在百瓦级输入功率等级下，对得到的理论模型和同步策略进行了实验验证。

目录

1 绪论

1.1 研究背景

1.2.1 国外研究现状分析

1.2.2 国内研究现状分析

1.3 研究目的及意义

1.4 论文主要研究内容

1.5 本章小结

2 电动汽车动态无线充电系统结构及导轨激磁电流同步方法

2.1 引言

2.2 电动车动态无线充电模式基本结构

2.2.1 原级能量变换拓扑

2.2.2 拾取端电能变换拓扑

2.2.3 车辆相对位置检测

2.2.4 磁耦合机构设计

2.3 导轨激磁电流不同步产生原因及其影响

2.4 导轨激磁电流同步策略比较

2.5 本章小结

3 动态充电系统模型及相邻导轨感应电流推导

3.1 引言

3.2 系统电能传输建模及相邻导轨间耦合特性分析

3.2.1 逆变电路等效模型

3.2.2 整流电路等效模型

3.2.3 充电过程中相邻导轨互感变化趋势

3.3 双边LCC补偿下拾取端功率传输特性分析

3.3.1 单导轨充电模型

3.3.2 双导轨充电模型

3.3.3 相邻导轨感应电流推导

3.4 本章小结

4 感应电流特性分析及相邻导轨激磁电流同步策略

4.1 引言

4.2.1 谐振元件参数设计

4.2.2 感应电流幅值与相位特性分析

4.3.1 基于感应电流检测的同步策略

4.3.2 硬件装置与算法实现

4.4 本章小结

5 系统仿真与实验

5.1 引言

5.2 仿真验证

5.3 实验验证及结果

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 后续研究展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间参与项目

B. 作者在攻读硕士学位期间获奖情况

C. 学位论文数据集

致谢