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复合结构型电动汽车无线充电技术研究
| 论文题名： | 复合结构型电动汽车无线充电技术研究 |
| 关键词： | 电动汽车;LCL-复合结构;磁耦合谐振;无线充电技术;可变补偿电容 |
| 摘要： | 随着“碳中和、碳达峰”—双碳战略的提出，电动汽车无疑将会是这一战略实施中的重要组成部分。但目前电动汽车充电存在着一些问题，其充电需要依附大量充电站，占用大量的土地面积，且安全性不高。因此，近些年兴起将无线电能传输技术应用于电动汽车领域，其具有能源经济、环境友好以及充电方便等优点。由于其电源与负载通过电磁能传递，因此可避免因导线直接连接而造成一些不必要的安全隐患，如绝缘不可靠、接头老化变形、接触间隙产生电火花等，具有安全、方便、可靠的充电优点。本文针对电动汽车领域，应用磁耦合谐振式无线电能传输技术，进行了以下几个方面的研究： 首先，对传统的磁耦合谐振式无线充电系统进行了分析，介绍了其工作原理与基本结构，接着介绍了基本的高频逆变器与松耦合变压器的模型。再分析并推导了四种基本的二阶无线电能传输（InductiveCoupledPowerTransmission，ICPT）系统补偿拓扑的补偿电容和输出功率，研究了它们的传输与工作特性，由此引出LCL型拓扑网络，得出高阶拓扑能更好地且稳定地满足现有电动汽车的充电特性。 再者，提出了复合结构型ICPT系统并对此进行详细设计。对基本结构进行了设计，对高频逆变器进行了选择，并提出了副边侧包含3个可变补偿电容的复合型结构拓扑。对可变补偿电容进行了分析，它由磁能再生开关（MagneticEnergyRegenerationSwitch，MERS）控制。分析了MERS的基本原理、结构与数学模型，分析了其等效容抗的特性。采用PSIM仿真软件对MERS进行了仿真分析，结果验证了其等效容抗特性，由此将一套完整的无线充电系统展现出。 紧接着，对电动汽车电池充电特性进行分析后，研究了基于MERS控制的可变补偿电容的LCL-复合型磁耦合谐振式ICPT电路的系统运行特性，包括发射端恒流特性、电流放大特性、零电压开关特性、系统的恒压与恒流输出特性以及最大功率输出特性。于Matlab/Simulink搭建了仿真平台，仿真结果表明，切换电阻后，在恒流模式下，电流变化率为0.07%；在恒压模式下，电压变化率为1.45%。在最大功率模式下，互感系数变化后功率因数稳定在0.92左右。表明该系统能更好且灵活地满足电动汽车无线充电的需求。 最后，搭建了一套实验装置，结果分析表明在在恒流模式下，接收端输出电流平均变化率不超过1%；在恒压模式下，接收端输出电压平均变化率不超过1.5%。充分验证了理论分析的正确性，在电动汽车的发展道路上起着至关重要的作用。 |
| 作者： | 谌桥 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 黄悦华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 三峡大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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