电动汽车无线充电系统松耦合变压器补偿技术与优化设计

摘要

随着电动汽车产业的迅速发展，充电基础设施的建设成为电动汽车普及与推广的重要前提。无线充电具有安全、方便等优势，是电动汽车充电技术领域研究的热点，而松耦合变压器作为车外与车内能量非接触传输的纽带，是无线充电系统中的关键部分，因此，对松耦合变压器进行优化设计，并以提高传输效率为目的，研究其补偿技术，具有重要的意义与广泛的应用前景。
　　本研究针对电动汽车松耦合变压器存在的原副边耦合系数低的问题，建立变压器磁路模型，通过补偿方案提高变压器传输效率，并针对松耦合直流变压器(DCTransformer，DCT)进行系统设计。首先研究变压器工作原理，建立变压器磁路模型，通过ANSOFT软件对缠绕方式、空气气隙、水平侧移方式仿真得到磁感线分布规律。结合磁力线分布规律，对磁通进行分块，得到磁路模型，推导出耦合系数与磁阻的关系式。通过“三参数测量方法”对松耦合变压器参数进行测量得到耦合系数与空气间隙与水平侧移的关系。接着研究松耦合变压器原副边补偿技术，将原边高频逆变电路和松耦合变压器看作一个整体，组成松耦合DCT，通过对DCT的补偿进行定量分析，得到了能量传输效率、开关角频率和补偿参数的关系。在此基础上，提出了优化的补偿方案，加入补偿后的DCT能够等效为LLC-DCT，从而实现软开关，减少了电压应力，进一步提高变压器的效率。最后，对DCT系统进行设计，具体从补偿参数、绕组匝比、变压器参数以及开环控制模块硬件四个方面进行设计，搭建DCT的仿真模型和实验原理样机对结果进行验证。仿真和实验结果表明:所设计的原副边串串补偿DCT和未加补偿的DCT相比，能够有效提高传输效率，并减少功率器件的电压应力，优化后的DCT传输效率提高了2.248％。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 无线充电技术的介绍

1．2．1 无线充电技术发展及应用

1．2．2 无线充电技术在电动汽车中的应用

1．3 电动汽车无线充电技术研究现状

1．3．1 国内研究发展现状

1．3．2 国外研究发展现状

1．4 本文的研究内容和拟解决的问题及预期效果

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 拟解决的问题

1．4．3 预期效果

1．5 章节安排

第二章 松耦合变压器磁建模分析与优化

2．1 松耦合变压器基本原理介绍

2．2 松耦合变压器二维涡流场理论分析

2．3．1 松耦合变压器磁芯选择

2．3．2 松耦合变压器副边输出端选择

2．3．3 EE型直流变压器耦合系数计算方法

2．4 松耦合变压器EE型磁芯副边双抽头磁路模型的分析

2．4．1 EE型磁芯磁通分块的建立

2．4．2 EE型磁芯磁路模型的建立

2．5．1 EE型磁芯空气间隙的分析

2．5．2 EE型磁芯水平侧移的分析

2．6 本章小结

第三章 电动汽车无线充电的直流变压器补偿分析

3．1 松耦合直流变压器在电动汽车无线充电系统中的应用

3．2 补偿方法

3．3 串串补偿输出特性分析

3．4．1 原边补偿原理

3．4．2 副边补偿原理

3．5 补偿后直流变压器分析

3．6 本章小结

第四章 DCT模块设计

4．1 补偿参数选择设计

4．2 松耦合变压器绕组选择设计

4．3 松耦合变压器参数设计

4．4．1 逆变电路

4．4．2 输出整流电路

4．4．3 驱动电路

4．5 本章小结

第五章 仿真及实验验证

5．1．1 仿真模型

5．1．2 仿真结果及其分析

5．2．1 实验平台

5．2．2 实验结果及其分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况