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原文传递基于分段导轨模式的电动车无线供电技术关键问题研究

论文题名：	基于分段导轨模式的电动车无线供电技术关键问题研究
关键词：	电动车;无线供电技术;分段导轨模式;电磁感应;输出功率控制
摘要：	随着全球化石燃料的日益紧缺和自然环境的不断恶化，被视为绿色交通工具的电动车再次登上了历史的舞台，正受到社会各界的广泛关注。然而，目前电动车普遍采用的传导充电方式存在诸多问题，如充电电流大（尤其是在快速充电模式下），使得接插件非常笨重而且严重影响环境的美观性；充电时需要先停车，再将充电机上的充电电缆连接至电动车的充电接口，使得操作繁琐且费时费力；由于插座和插头之间存在机械摩擦，长期使用后可能导致接触不良，影响充电效果且容易产生电火花；在电缆老化、雨雪等恶劣天气、充电结束后忘记拔除接插件以及不小心拉扯到充电电缆等情况下，容易引起漏电，进而引发安全事故。另外，受当前动力电池技术发展水平的制约，电动车本身还存在电池组所占空间大、续航里程短、一次充电时间长以及充电频繁等问题。这些都成为了制约电动车发展与推广的瓶颈问题。　　基于电磁感应耦合原理的电动车动态无线供电技术借助感应耦合电能传输技术，电能通过埋在路面下的能量导轨或线圈阵列以无线的方式实时传送给车载储能电池组或电机，实现从路面直接给电动车在线供电，从而使电动车少搭载甚至无需搭载储能电池组、延长续航里程、提高电能供给的便捷性和安全性。　　在动态无线供电系统中，为了给电动车提供足够的电能补给，通常需要铺设长达数公里甚至数十公里的能量发射导轨。如何通过对导轨模式的研究并引入相关的优化技术，从而提高系统的稳定性、高效性和经济性，是亟待解决的重要问题。另外，负载大小具有明显的动态性和随机性，拾取线圈与发射导轨相对位置的不确定性而引起的耦合参数变化也更加突出，如何提高系统对这些参数变化的适应能力，从而保证车载端输出功率的稳定性，也是亟待研究和解决的重要难题。　　本文重点从供电导轨模式与优化技术以及车载端输出功率控制两个方面展开研究，分析并研究了电动车动态无线供电技术的相关基础理论；研究了电动车动态无线供电系统的导轨模式，提出一种高频高压配电-低压恒流激励的新型分段供电导轨模式，并基于一种适用于该导轨模式的电能变换拓扑，研究了系统的能效特性和非线性行为；建立了分段供电导轨系统的非线性规划数学模型，并引入改进型粒子群优化算法进行分析；研究了基于神经网络的车载端输出功率控制策略，设计了BP神经网络控制器，并进行了仿真验证。　　本文主要有以下几点创新性贡献：　　1.针对集中供电导轨模式存在的传输效率低、系统对参数变化非常敏感等问题，提出一种高频高压配电-低压恒流激励的新型分段供电导轨模式，并研究一种适用于该导轨模式的电能变换拓扑，对其原级驱动系统所表现出来的非线性行为进行分析，为系统的参数设计提供了理论依据。　　2.针对分段供电导轨模式的连续切换供电和导轨规划问题，提出一种基于磁场近似原理的换流策略及实现方法，提高了相邻导轨段切换供电过程中拾取功率的稳恒性，降低了对功率调节环节的性能要求；并建立了分段供电导轨的非线性规划数学模型，引入改进型粒子群优化算法进行分析，得到了较优的规划结果。　　3.针对拾取线圈与发射导轨相对位置的随机性和不确定性引起系统耦合参数变化，从而导致车载端输出功率极不稳定的问题，提出一种基于神经网络的输出功率控制策略，实现了对输出功率的快速、精准调节。
作者：	田勇
专业：	控制理论与控制工程
导师：	孙跃
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文