基于电场耦合式无线供电汽车车壳感应电压抑制研究

摘要

电动汽车行业目前多采用有线充电桩的方式为汽车供电，但是此种方式存在着易磨损、占用空间大、影响美观等诸多问题。而伴随着无线电能传输技术(WirelessPower Transfer，WPT)的发展，将其应用于电动汽车充电领域，对比传统有线充电方式具有绝对的优势。　　无线电能传输技术的实现有多种方式，均是利用无形介质将能量从发射端传输至接收端。其中，基于电场耦合式无线电能传输技术(Capacitive Power Transfer，CPT)是优势明显的技术，因其对比其他方式更具经济性、可靠性与安全性的特点。因而更适合在诸如电动汽车等多金属产品中得到实际应用。由于电场耦合式无线电能传输系统利用高频电场传输电能，所以在耦合极板上存在非常高的高频电压，同时也会在诸如电动汽车表面等金属上感应出较高电压，这将导致严重的安全问题。　　为解决上述安全问题，本文主要对电场耦合式无线电能传输技术应用于电动汽车充电时的情况进行分析研究，首先通过理论分析建立起了电场式无线电能传输的基本模型，根据四极板耦合结构的特性推算出车壳-耦合结构-地面综合结构的端口特性。然后对所提出的系统补偿拓扑结构进行分析，根据实际应用情况确定系统固有参数，进一步地，计算出系统工作时所产生的各部分电压与电流的计算公式。最后选定可调的系统参数，并根据国际安全保准计算出合适的参数选择范围。　　本文给出了一种电场耦合式无线充电系统应用于电动汽车充电时的拓扑结构，通过CLL补偿结构优化系统谐振，并通过分析计算，选定了抑制系统工作时车壳上感应电压的最优工作条件。最后，设计并实现了车壳电压仅为3.88V，输出功率1.3kW，系统整体效率为87.7%的电场耦合式无线电能传输系统，验证了优化策略的可行性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 CPT技术研究现状

1.2.2 电动汽车无线充电研究现状

1.2.3 耦合极板周围金属感应电压研究现状

1.3 本文主要工作

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

1.4 本章小结

第2章基于电场耦合的无线电能传输系统分析

2.1 系统基本结构

2.2 CPT系统耦合结构

2.3 CPT系统补偿电路

2.4 耦合极板周围金属感应电压分析

2.4.1 感应电压产生原因及安全阈值

2.4.2 车壳感应电压建模分析

2.5 本章小结

第3章系统结构分析与车壳电压抑制方法设计

3.1 基于双 CLL拓扑的 CPT系统

3.2 双 CLL拓扑分析

3.2.1 叠加电源法分析

3.2.2 系统输出功率分析

3.3 感应电压抑制方法设计

3.4 系统参数设计流程

3.5 本章小结

第4章系统仿真与实验验证

4.1 系统固定参数设计

4.1.1 耦合机构设计

4.1.2 确定系统开关频率

4.2 仿真验证

4.3 模拟实验台搭建

4.3.1 半导体器件选型

4.3.2 补偿电容选型

4.3.3 补偿电感选型

4.4 实验结果及分析

4.4.1 实验系统仿真

4.4.2 感应电压抑制验证

4.5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果