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MCR-WPT及其在电动汽车无线充电中的应用研究

2020-12-02阅读(684)

MCR-WPT及其在电动汽车无线充电中的应用研究

论文摘要

电能从电源通过电磁效应或者能量交换作用隔空传输到负载,而无任何电气接触,这种技术称为无线能量传输（Wireless Power Transmission,WPT）。将WPT技术应用于电动汽车,可具有灵活便捷、维护成本低等优点,且没有插拔电线的操作不会产生电弧,导致触电、火灾等危险。该技术可以在恶劣环境下安全使用,更加符合电动汽车未来的发展方向。论文总结论述了目前几种主流的WPT技术的研究发展动态与工作原理。重点讨论了磁耦合谐振式WPT（Magnetically Coupled Resonant WPT,MCR-WPT）技术,表述了该技术用于电动汽车无线充电的研究现状和存在的问题。基于电路理论与耦合模理论模型,分别对系统的传输特性进行分析。其中电路理论模型能够分析线圈参数对系统传输性能的影响规律,在MATLAB软件进行仿真分析,并依据仿真结果对发射/接收谐振线圈参数进行设计。依据模型仿真分析结果在Maxwell电磁场仿真软件中建立了二维线圈模型及三维系统模型,重点考虑趋肤效应与邻近效应对传输性能的影响进行电磁场行为的建模仿真研究,从而优化谐振线圈结构。为了减小趋肤效应与邻近效应的影响,采用厚度为1mm的铜管进行线圈绕制。动态无线充电技术可使汽车在不停车的状态下进行充电。在车辆的行进过程中,接收线圈相对于发射线圈的位置会发生水平位移,导致线圈之间的互感发生变化,影响系统的能量传输。针对此问题,分析了互感与水平侧移距离两者之间的关系。研究设计了电动汽车的动态无线充电系统的结构框图,为使系统能稳定传输能量,对系统中的功率因数校正电路、高频逆变拓扑电路以及电能转换电路的功能和设计过程进行详细计算说明,最后利用Simulink对WPT系统进行仿真,仿真结果表明设计的电路具有一定的可行性。结合前期理论与仿真分析结果搭建了传输功率为500W的无线能量传输实验平台。基于该平台分析了谐振线圈在不同间距、不同水平侧移距离时系统的传输性能。实验结果表明:在13.56MHz的工作频率下,传输距离处于0.2m-0.3m范围内时,系统的传输功率以及传输效率均较高,证明了本文研究中所设计分析的线圈参数在系统中可以稳定正常工作。最后尝试对电瓶车的动力电池进行无线充电,为基于磁耦合谐振式无线能量传输技术的电动汽车无线充电系统设计及其应用提供一定的借鉴。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   §1.1 课题背景及研究意义
  •   §1.2 无线能量传输技术的发展与分类
  •     §1.2.1 磁场耦合式
  •     §1.2.2 电场耦合式
  •     §1.2.3 微波辐射式
  •     §1.2.4 激光发射式
  •     §1.2.5 超声波式
  •   §1.3 MCR-WPT在电动汽车无线充电领域的应用研究现状
  •     §1.3.1 国外研究成果现状
  •     §1.3.2 国内研究成果现状
  •     §1.3.3 存在的问题及相应解决措施现状
  •   §1.4 本论文的主要研究工作
  •   §1.5 本章小结
  • 第二章 MCR-WPT系统传输机理与系统建模
  •   §2.1 MCR-WPT 系统构成与工作原理
  •     §2.1.1 近场磁场原理介绍
  •     §2.1.2 MCR-WPT系统的构成
  •   §2.2 基于电路理论的系统建模分析
  •   §2.3 基于耦合模理论对系统建模分析
  •     §2.3.1 耦合模理论简介
  •     §2.3.2 基于耦合模理论对单个谐振线圈分析
  •     §2.3.3 基于耦合模理论的MCR-WPT系统分析
  •   §2.4 两种理论模型的特性分析
  •   §2.5 小结
  • 第三章 MCR-WPT系统线圈设计与分析
  •   §3.1 平面螺旋线圈的结构参数对系统传输的影响
  •     §3.1.1 线圈参数设计
  •   §3.2 系统发射/接收线圈性能仿真建模分析
  •     §3.2.1 趋肤效应及损耗分析
  •     §3.2.2 邻近效应及损耗分析
  •     §3.2.3 线圈磁场仿真
  •   §3.3 本章小结
  • 第四章 电动汽车动态无线充电系统设计
  •   §4.1 谐振线圈互感对系统传输特性的影响
  •     §4.1.1 互感分析
  •   §4.2 电动汽车动态充电系统总体结构
  •     §4.2.1 PFC电路
  •     §4.2.2 高频逆变拓扑
  •     §4.2.3 电能变换电路
  •   §4.3 WPT系统电路仿真
  •   §4.4 本章小结
  • 第五章 系统平台搭建及实验研究
  •   §5.1 系统实验条件介绍
  •     §5.1.1 高频电源
  •     §5.1.2 自动阻抗匹配器
  •   §5.2 谐振线圈参数设计方法有效性实验
  •     §5.2.1 谐振线圈的制作与测试
  •     §5.2.2 输功率及效率分析
  •     §5.2.3 水平方向侧移实验
  •   §5.3 电瓶车无线充电实验
  •   §5.4 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   §6.1 本文总结
  •   §6.2 研究展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者在攻读硕士期间主要研究成果

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 高琳琳

    导师: 范兴明

    关键词: 磁耦合谐振,无线能量传输,线圈设计,传输特性,电动汽车动态充电

    来源: 桂林电子科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 数学,工业通用技术及设备,汽车工业

    单位: 桂林电子科技大学

    基金: 广西科学研究与技术开发项目(重大专项)“电动客车电池管理技术与整车电气系统状态智能诊断与评估方法研究”(桂科重 1348003-8),广西制造系统与先进制造技术重点实验室主任课题“磁耦合谐振式无线电能传输机理及其在电动汽车无线充电中的应用研究”(项目编号:16-380-12-006Z),桂林电子科技大学研究生优秀学位论文培育项目“磁耦合谐振式无线电能传输机理及其在电动汽车无线充电中的应用研究”(项目编号:16YJPYSS02)

    分类号: U469.72;TB115

    总页数: 78

    文件大小: 3565K

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