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基于谐振式WPT的电动汽车电池充电系统研究
| 论文题名： | 基于谐振式WPT的电动汽车电池充电系统研究 |
| 关键词： | 电动汽车;无线充电;补偿拓扑;耦合线圈优化 |
| 摘要： | 为了改善能源消费结构，降低环境污染，实现汽车产业的跨越式发展，近几年国家在电动汽车发展方面给予了大量的政策和资源扶持。但充电技术在一定程度上限制了电动汽车的普及，无线充电技术的发展为解决该问题提供了新的思路。相较于传统的电动汽车有线充电方式，无线充电具有安全、方便、可靠、智能化等优势。在当前对无线电能传输的研究中，谐振式无线电能传输技术（MCR-WPT）因其在传输功率、效率和距离等方面的优越性成为当前无线充电领域的研究热点，本文基于该技术设计了一套适用于电动汽车电池恒流恒压充电的无线电能传输系统。 首先，阐述了电动汽车电池的充电方式，并对当前基于谐振式无线电能传输技术的恒流恒压充电方法进行了对比，选择了相对较优的，以拓扑切换形式实现电池充电作为本文的研究对象。运用电路互感理论建立了无线电能传输系统四种基本补偿拓扑和LCC-S复杂补偿拓扑的数学模型，详细的分析了各个模型的电流、电压输出特性以及输入阻抗特性。根据分析结果，针对其它切换方法的缺点，设计了一种更佳的，基于SS与LCC-S拓扑网络切换的恒流恒压充电系统，并给出了各元件参数的选取方法。在此基础上，利用Simulink平台搭建了完整的无线充电系统仿真模型，对其恒流恒压和零相角特性进行了验证，并对系统传输效率的变化进行了分析。 其次，耦合线圈作为无线充电系统的关键部分，对其传输效率的影响因素进行了分析。同时借助JMAG电磁场仿真软件，从线圈间耦合系数的角度出发，对不同形状线圈的耦合程度进行了分析，确定了方-方型耦合线圈为最佳的耦合机构。依据实际电动汽车耦合线圈的尺寸大小，建立了2：1的仿真缩比模型，并对导线和磁芯材料的选择进行了介绍，进一步优化了耦合线圈的尺寸和磁芯配置。根据仿真结果进行了实际线圈的绕制，并提出了一种非对称线圈结构互感与耦合系数的测量计算方法。 最后，详细介绍了无线充电系统中电源、逆变、驱动、控制等电路模块的硬件设计，对模块中所用二极管、MOSFET、驱动芯片、控制器等元件的型号进行了选择和说明。并在此基础上搭建了完整的电动汽车电池充电实验平台。通过该实验平台对无线充电系统的恒流恒压输出特性和ZPA特性进行了验证，与理论分析和仿真结果基本相同。 |
| 作者： | 郝超超 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 李晓明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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