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原文传递电动汽车动态集群式无线充电系统设计及控制策略研究

论文题名：	电动汽车动态集群式无线充电系统设计及控制策略研究
关键词：	电动汽车;动态集群式无线充电系统;控制策略
摘要：	“碳达峰、碳中和”目标的提出，加速了能源革命的步伐，能源生产清洁化、能源消费电气化特征将越发明显。电动汽车由于其高能效和低污染气体排放正在受到越来越多的关注。有线充电方式在满足无人化和智能化的需求方面有一定难度。动态无线充电技术作为一种新型的充电方式，实现了车桩间无实际电气连接“边走边充”，这种方式可利用现有路权实现电动汽车的在线能量补给，克服了有线充电的缺点，缓解了电动汽车续航的问题。目前动态无线充电系统研究集中在充电装备的理论研究，对其硬件系统设计的涉及较少。研究对推动动态无线充电技术发展、助力绿色低碳社会建设的意义重大。因此论文基于动态无线充电传输原理，开展动态无线充电系统理论研究与硬件设计，并对道路充电功率需求进行建模和分析。　　本文聚焦于短导轨动态无线充电系统的建模理论分析和工程实用探索，运用短导轨式电动汽车动态无线充电原理，进行了动态无线充电系统的硬件设计仿真，提出了线圈切换策略和集群化充电功率预测及多场景车辆动态充电控制策略。主要工作如下：　　（1）结合磁耦合谐振原理对多发射线圈下短导轨式动态无线充电系统传输特性的分析和建模，主要聚焦于动态无线充电原理的研究。运用短导轨式电动汽车动态无线充电原理，分析了单发射线圈、双发射线圈乃至多发射线圈的传输特性，选择LCC-S（Inductance-Capacitor-Capacitor-Series，LCC-S）补偿拓扑对发射线圈连接方式进行了比较，得出系统采用并联连接方式时电流可控的结论，从而选择并联连接方式。通过仿真对比分析了动态无线充电系统中紧密相邻线圈的互感影响，并将仿真分析所得结论对电流计算公式进行化简，以计算集群式动态充电的整个系统损耗和系统效率。　　（2）电动汽车动态无线充电系统的设计和导轨控制策略研究，主要聚焦于系统硬件设计和线圈切换点研究。搭建动态无线充电系统总体构架，并依据现有的无线充电国际标准对系统的配电部分及电源部分进行设计和选型。对三种可能的动态无线充电配电方式进行仿真验证，找出各种配电方案的适用范围。分析了动态无线充电线圈间的互感原理和功率波动原理，计算不同情况下的线圈间的互感值，提出了“理论切换点”和“实际切换点”的切换方法，即在车速低、切换精准度高时采用“理论切换点”切换方法，在车速高、切换精准度低时采用“实际切换点”切换方法。并对切换方法进行了实验验证，验证了解决切换发射线圈所导致的功率波动问题的有效性。　　（3）研究了动态充电道路集群化充电功率预测和多车辆的充电策略，主要聚焦于动态无线充电系统的工程应用前景探索。分析了单辆和集群式电动汽车充电影响因素，围绕车流量和充电功率这两个动态无线充电的两个主要因素进行建模分析，采用基于小波与BP神经网络的混合神经网络进行电动汽车车流量预测，根据汽车类型、电池容量、剩余SOC对进入路段的电动汽车进行充电功率的聚类，结合MonteCarlo模拟方法对动态充电道路进行日充电功率预测，分别对少车、多车时的交通状况提出基于车速的小型电动汽车充电控制策略，并根据现有的功率等级限制探讨了面向工程化的快速充电策略。
作者：	卞正达
专业：	电气工程
导师：	陈中;谭林林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021