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基于磁耦合谐振的电动汽车无线充电系统研究
| 论文题名： | 基于磁耦合谐振的电动汽车无线充电系统研究 |
| 关键词： | 电动汽车;无线充电系统;磁耦合谐振;金属检测 |
| 摘要： | 随着能源和环境问题的日益严重，节能减排观念越来越受到人们的重视。减少交通运输领域的能源消耗和尾气排放是环境保护的一个重要环节。在这种背景下，电动汽车以其自身低能耗、低污染等优点得到广泛关注。目前电动汽车安全充电问题成为制约其进一步推广的一个主要原因，有线充电方式存在易磨损、易产生电火花、不够安全等诸多问题，而无线充电以供电灵活安全、取电方便、无电气连接的特点完美解决了有线充电的这些缺陷，能够有效促进电动汽车大规模推广应用。 本文研制了一种基于磁耦合谐振原理的电动汽车无线充电系统，在中等传输距离下，能够实现电能的大功率、高能效传输。首次将平衡线圈金属检测技术应用到电动汽车无线充电系统中，解决能量耦合区中混入金属带来安全隐患的问题，同时可以有效提高系统的充电效率。 首先运用互感耦合理论对磁耦合谐振式无线电能传输原理进行理论研究。对比分析串联-串联式谐振(PSSS)和串联-并联式谐振(PSSP)两种拓扑结构传输性能，并通过建立磁场和电场仿真模型进行研究，分析系统主要参数，包括负载阻值、耦合系数和工作频率对系统输出功率和传输效率的影响。最终根据电动汽车充电的实际工况，确定系统选用串联-串联式谐振(PSSS)补偿结构。 然后以Ansoft电磁仿真为基础，设计尺寸非对称式平板磁芯型电磁耦合平台，以增强系统的磁场强度并提高系统的鲁棒性能;结合平衡线圈金属检测技术，提出改进的平衡线圈探头设计，开发金属异物检测功能模块;完成以STM32F103为核心的控制电路设计，设计完成各硬件环节的电路，包括:工频整流电路、Buck斩波电路、高频逆变电路、高频整流电路、驱动电路以及采样与保护电路，利用蓝牙无线通信技术进行发射端与接收端的信息交互，实现系统的闭环控制;根据蓄电池充电特性，采用电池三段式充电管理方式，完成主程序、三段式充电程序以及金属检测程序的编写与调试。 最后通过实验对所设计系统进行充电性能的测试。完成系统水平偏移充电实验，给出了系统的接收端水平偏移范围。实验表明:在垂直传输距离200mm，水平位移0～100mm范围内，本系统可实现最高2kW充电功率，整体最高电能传输效率达86.7％。 |
| 作者： | 曲晓东 |
| 专业： | 电机与电器 |
| 导师： | 刘志珍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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