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超级电容观光车无线充电系统仿真及性能优化

梁立科  
【摘要】:随着环境污染和化石燃料不断紧缺,电动汽车作为绿色交通工具越来越多的出现在人们的生活中。然而电动汽车的充电问题一直困扰着人们。本文设计系统采用无线充电方式为超级电容观光车充电,与传统的接触充电方式相比,无线充电方式更加安全、美观、操作简单。文中首先对系统进行了理论分析。基于互感耦合模型建立了超级电容无线充电系统等效电路模型,推导了系统传输功率、传输效率和充电电流表达式。分析了超级电容电压对充电电流和Buck电路占空比的影响。推导了直流母线电压、互感值、Buck电路占空比和充电电流之间的内在联系。分析了互感值对系统传输效率和传输功率的影响。对于系统中存在的频率分叉问题,给出分叉频率和临界负载的计算方法。对于充电电流随超级电容电压改变的问题,采取了在副边增加Buck电路、PI控制占空比的策略实现恒流充电。然后对系统电路进行了仿真研究。基于仿真工具Pspice,分析了直流母线电压、超级电容电压、磁耦合机构互感值和Buck电路占空比对超级电容充电电流的影响。分析了谐振频率对充电电流的影响,研究了工作频率对系统稳定性的影响。最后对系统频率分叉现象进行了仿真研究,分析了频率分叉对传输功率、效率和充电电流的影响。对磁耦合机构进行了仿真研究。基于有限元仿真软件,分析了不同平面磁芯结构对单个线圈电感值的影响,从提高线圈空间利用率的角度出发,给出了方形平板磁芯的优越性;对不同磁耦合机构下副边线圈偏移进行仿真,分析了偏移对于磁耦合机构自感、互感、耦合系数的影响;分析了方形平板磁芯线圈匝数和尺寸改变对磁耦合机构产生的影响;分析了原副边尺寸不对称结构对系统偏移能力的影响。文中最后给出了相关的实验数据,对理论分析和仿真分析进行验证。


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