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具有强偏移适应性的电动轿车静态无线充电系统研究
| 论文题名： | 具有强偏移适应性的电动轿车静态无线充电系统研究 |
| 关键词： | 电动轿车;无线充电;偏移适应性 |
| 摘要： | 随着当今社会能源和环境问题越发严峻，电动汽车(Electric Vehic le，EV)因其能源清洁、环境友好等优点吸引了整个汽车行业的目光。相比传统电动汽车的有线式充电，无线电能传输(Wireless power transfer, WPT)技术独有的自由度高、安全性好、充电范围大等优势决定了无线式充电将成为未来电动汽车充电的发展方向。然而，由于缺乏物理连接，无线充电时能量发射与接收装置之间的偏移将严重影响能量的传输。为实现无线充电系统的普及，偏移适应性(misalignment tolerance)将成为衡量系统性能的重要指标之一。 本文针对电动轿车无线充电系统中普遍存在的能量发射与接收装置之间存在偏移这一问题，以稳定输出功率为目标，重点研究了提升系统偏移适应性的方法。 本文从互感耦合模型出发，首先对传统的基于“串联-串联”谐振补偿的无线充电系统进行了理论分析，研究了系统相关输出特性并建立了耦合系数与偏移量之间的定性关系，指出了传统谐振补偿策略在系统偏移适应性方面的不足。 其次，在原边电路中引入非谐振补偿策略，研究了传输功率与系统输入阻抗角的关系，推导了此时传输功率随耦合系数的变化曲线并根据曲线设计了一个多级补偿网络用于提升由非谐振状态引起的功率下降。结合对三种补偿结构(谐振、非谐振、多级非谐振)的理论推导，本文在接收端选择了 Bo os t电路作为恒流充电控制电路并绘制了充电电流与耦合系数、Bo os t电路占空比之间的三维关系曲线。设计了 PI控制算法并利用 Simulink对系统工作过程进行了仿真，证明了多级非谐振补偿策略有助于提升系统偏移适应性。 第三，设计了一种基于正交双线圈的新型磁耦合机构，通过 AN SYS Maxwell的仿真分析证明了其在X和Y方向同时提升了传统类型磁耦合机构的偏移适应性。 最后，本文分别基于谐振和非谐振补偿策略搭建了工作频率85 kHz、传输距离150 mm、额定传输功率500 W左右的无线充电实验系统。经开环实验测试，采用非谐振补偿时，系统可在X方向或Y方向偏移250 mm的条件下正常工作，对35Ω电阻负载实现负载电流4 A的恒流控制，可容忍偏移范围超过了谐振补偿。 |
| 作者： | 杨光 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 朱春波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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