基于感应耦合电能传输方式的电动汽车充电装置研究

摘要

化石燃料的紧缺以及环境污染的加剧促进了电动汽车的发展，除了传统有线接插头充电方式外，近些年发展起来的电动汽车无线充电方式成为国内外科研机构的研究热点，具有很好的应用前景。
　　本文首先介绍了感应耦合无线电能传输(ICPT)装置的基本结构和耦合器的等效模型，根据其结构特点以及针对电动汽车充电的要求，总结出感应耦合无线电能传输装置的设计要点，并根据设计要点探讨了一种实用的设计方法，研究了四种基本补偿拓扑下的系统设计参数。其次分析了四种基本补偿电路下耦合系数变化、负载变化对功率传输能力和谐振电容电压电流应力大小的影响，以及频率变化对功率传输能力和原边反映阻抗的影响。在此基础上，研究了一种新型的SPP补偿拓扑结构，并通过理论分析确定了补偿电容的取值方法。MATLAB仿真验证了该补偿拓扑结合了串联补偿和并联补偿的优点，既满足了功率传输能力的要求，又减小了谐振电容的电压电流应力。最后根据上文分析结果，设计了耦合器，测试了耦合器的原副边线圈在不同气隙下耦合系数的大小，最终搭建了3kW感应耦合无线电能传输装置实验样机，实验验证了理论分析的正确性和设计的合理性。该装置的系统效率在气隙为12cm时可达80％以上，气隙为20cm时效率为67％。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景、目的和意义

1．2 电动汽车感应耦合无线充电技术的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 技术发展趋势

1．3 本文主要研究内容

2 电动汽车感应耦合无线充电系统的设计

2．1 感应耦合无线电能传输装置的构成

2．2 耦合器等效模型分析

2．3 电动汽车感应耦合电能传输装置的设计要求

2．4 电动汽车感应耦合无线充电系统的设计

2．4．1 感应耦合无线充电系统的分析

2．4．2 感应耦合无线充电系统的设计

2．5 本章小结

3 感应耦合无线电能传输装置的电路特性分析

3．1 基本补偿拓扑电路分析

3．1．1 耦合系数变化的影响

3．1．2 负载变化的影响

3．1．3 频率变化的影响

3．2 SPP补偿拓扑特性分析

3．2．1 补偿电容取值方法

3．2．2 耦合系数变化的影响

3．2．3 负载变化的影响

3．2．4 频率变化的影响

3．3 SPP补偿拓扑仿真分析

3．4 全桥变换器软开关模式分析

3．5 本章小结

4 电动汽车感应耦合无线充电装置硬件设计

4．1 耦合器设计

4．1．1 耦合器线圈导线选择

4．1．2 耦合器线圈电感计算

4．2 主要器件选择

4．2．1 补偿电容选择

4．2．2 整流桥选择

4．2．3 输入输出滤波电容选择

4．2．4 功率开关管选择

4．2．5 输出侧整流二极管选择

4．3 电路原理图设计

4．3．1 主电路设计

4．3．2 控制电路设计

4．3．3 驱动电路设计

4．3．4 保护电路设计

4．3．5 缓冲电路设计

4．4 本章小结

5 实验结果及分析

5．1 耦合器不同耦合系数影响分析

5．1．1 耦合器参数测试

5．1．2 不同耦合系数特性分析

5．2 系统负载特性分析

5．3 频率特性分析

5．4 效率分析

5．5 本章小结

6 结论

6．1 本文的主要工作

6．2 工作展望

参考文献

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