电动汽车无线充电补偿网络输出特性研究

作     者：王换民 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张辉

授予年度：2017年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：无线充电 电动汽车 补偿拓扑 松耦合变压器 

摘      要：为缓减石油资源短缺和环境污染严重的双重压力,发展新能源汽车已成为国家实现可持续发展、节能减排和自主创新的战略需求。对于电动汽车走向市场的挑战,电动汽车充电技术已成为制约未来新能源汽车发展的关键。目前,电动汽车充电主要是集中式换电站、分布式充电桩等传统接触式充电方式。无线电能传输技术作为新能源汽车的一种新型充电方式,具有安全、可靠、灵活性高等优点,受到国内外学者越来越多的关注,具有良好的市场应用发展前景,给电动汽车的发展带来了新的机遇。本文基于感应耦合式无线电能传输原理,对驻车无线充电补偿网络输出特性进行理论研究并进行相应的实验分析。论文主要从以下几方面进行了研究:本文首先介绍了课题研究背景和意义,分析比较目前电动汽车无线电能传输技术实现方式,根据电动汽车无线充电研究热点和国内外研究现状总结了电动汽车无线充电目前存在的问题。其次分析比较无线电能传输电路四种基本补偿拓扑及S-LCC、LCL-S复合型补偿拓扑的输出电流、电压增益及原边等效输入阻抗特性。在此基础上基于蓄电池负载特性,分析蓄电池充电方式,构建蓄电池模型,提出SP-SSP混合补偿拓扑,分析其恒流恒压输出原理,通过仿真分析可以考虑将该混合补偿拓扑应用于电动汽车蓄电池恒流恒压充电电路中。然后推导了S-P及S-SP补偿电路传输功率、效率表达式,主要分析了谐振变换器工作频率、等效负载、互感及传输距离对S-P及S-SP补偿电路传输功率、效率的影响,为无线充电电路参数设计提供了理论支撑;分析谐振电容参数灵敏度,为试验中配置谐振电容提供了理论指导;在对电路功效分析的基础上利用效能积方法优化S-SP补偿电路互感参数,使无线充电电路传输功率及效率达到全局最优设计,为提高电动汽车感应耦合无线充电电路传输功率、效率和参数设计提供了参考。最后绕制松耦合变压器并搭建硬件实验平台,并对S-P及S-SP补偿电路特性进行实验分析。在松耦合变压器原副边间距100mm条件下,通过副边等效负载突变试验可以看出S-P、S-SP补偿电路可以实现恒流、恒压输出,分析电路传输功率和效率随等效负载变化的关系,实验验证了电动汽车无线电能传输补偿网络输出特性和功效特性理论仿真分析的可行性。