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《上海交通大学》 2017年
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基于LCL-SS补偿的分段式动态无线充电系统研究

李泰航  
【摘要】:电动汽车无线充电技术利用空间中电场与磁场耦合,实现电能在发射端与接收端之间的非接触式传输。相比于传统的接触式(有线)电能传输,无线电能传输的发射与接收端没有物理接触,并允许接收端在一定范围内移动,扩展了电动汽车充电场合,譬如,通过应用动态无线充电技术能够实现电动汽车在行驶过程中的“边走边充”。在动态无线充电系统中,系统接收端的功率受线圈互感影响。而在电动汽车行驶过程中,由于发射端与接收端之间存在相对移动,线圈互感会随电动汽车移动而变化,导致系统传输功率出现波动,系统整体效率会下降。针对这一问题,本文设计了一种基于LCL-SS补偿的动态无线充电系统,该系统能够保证副边线圈在汽车行驶方向移动时,系统传输功率不会随线圈移动而大幅度波动,仍然保持稳定的传输状态。本文首先利用松耦合变压器互感模型,对无线充电系统进行建模,分析系统的工作原理,探讨了输出功率以及传输效率的变化规律与限制因素。其次,从电动汽车移动过程中对充电稳定性的要求出发,提出了LCL-SS补偿网络拓扑,并分析了该拓扑在抑制谐波电流、稳定输出电压提高系统带负载能力等方面的优点,说明了LCL-SS补偿网络在动态无线充电系统中具有重要的应用价值。然后,讨论了LCL-SS补偿网络对系统动态响应的改善效果,通过推导LCL-SS补偿网络传递函数,借助零极点图、系统幅频特性图等手段,详细分析了LCL-SS网络几个关键设计参数对系统暂态过程的影响,并通过PLEC电路仿真软件对结果进行了验证。最后,提出了基于LCL-SS补偿网络的动态无线充电系统的参数设计方法。除此之外,针对分段式动态无线充电系统中输出功率不稳定的问题,本文提出了使用相同LCL-SS补偿网络参数且原边线圈相互并联的拓扑,研究了多线圈互感模型中LCL-SS补偿网络的特性。此外,本文通过电磁仿真软件JMAG,分析了功率线圈互感变化特性,并论证了系统采用LCL-SS补偿后,通过合理设计原边发射线圈,能够实现副边输出功率不随线圈在汽车行驶方向上移动而波动,解决了输出功率不稳定的问题。最后,根据论文的理论分析与仿真结果,本文设计了基于并联LCL-SS补偿的实验平台,该系统能够实现100W功率输出,传输距离为15cm,传输效率可达71%以上。通过观察记录不同线圈位移下系统输入输出特性变化,来模拟实际车辆的行驶过程。对实验结果进行记录与分析后,验证了该系统能够实现线圈移动过程中,副边接收功率保持不变的功能。证明了基于LCL-SS补偿的分段式多线圈无线充电系统的有效性。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM724

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