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电动汽车双向无线充电系统设计与控制策略研究

马源鸿  
【摘要】:近几年来,随着全球工业化信息化的发展,人们越来越重视由于传统化石能源燃烧所带来的环境污染问题。目前解决这一问题的最佳方法就是减少化石能源的使用并大力发展新能源。其中,电动汽车以其自身能源消耗低、环境污染低等优点获得了国内外广泛的关注。随着智能电网的发展,尤其是能源互联网的提出,电动汽车与电网的互动技术应运而生。由于传统插拔式充电方式存在一系列的固有缺陷,无线电能传输技术近年来获得了迅速的发展。其中,磁耦合谐振式以其传输功率大、可以在中等传输距离传输等优点,被应用到电动汽车无线充电技术当中。基于此,本文对能够实现能量双向流动的电动汽车无线充电系统进行设计并且对相应的控制策略进行研究。本文首先对无线充电基本原理进行分析和研究,分析空间载流导线模型中电磁感应强度与载流导线电流频率之间的关系。基于互感耦合模型,对四种常用的补偿结构进行了分析研究,选择了合适的补偿方式。之后又对SS型补偿方式进行了详细的求解,对该拓扑结构的传输功率和传输效率的影响因素进行了理论公式推导。其次对磁耦合谐振机构进行了详细的分析,通过有限元仿真软件Maxwell与Simplorer软件的联合仿真,对谐振状态下的谐振线圈的磁场分布进行了仿真分析。之后又对此结构进行了水平、垂直、角度偏移三个方向的容错度分析,分别对水平方向上的偏移距离和偏移角度进行参数扫描并且在不同径向距离分别进行了仿真。最后对电动汽车双向无线充电系统的电路部分进行了深入的分析研究。首先,引入了双向DC-DC这一核心电路拓扑来实现双向充放电的功能,对全控桥式电路的工作原理进行了详细的分析;并且对能量双向流动的条件进行了理论分析,针对不同补偿电路拓扑结构分别进行了理论公式推导。并且对电路的控制策略进行了研究。主要针对移相控制和变频控制两种控制策略展开,通过理论与仿真实验结合的方式对两种控制策略进行了比较。


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