初级绕组并联的动态无线电能传输技术研究

【摘要】：电动车具有节能环保、低噪音、控制方便等优点,但目前电动车的普及仍然受制于电能存储技术。传统的车载电池在能量密度、使用寿命和成本方面都无法满足电动车大规模普及的需求。动态无线电能传输(Dynamic Wireless Power Transfer)技术可以让电动车在行进中进行充电。在充电导轨建设完备的情况下,这将极大的减小电池的体积,同时扩大电动车的续航能力。近十年来,该技术已成为国内外交通领域、能源领域的一个研究热点,正受到越来越多企业界和学术界的关注。现阶段采用单个长导轨为发射端的动态WPT系统存在传输效低,对耦合情况及无源器件参数变化敏感等问题。针对上述问题,本课题设计了一种初级绕组并联的动态无线电能传输系统,即多个发射端与单个逆变器的并联的动态WPT系统。该系统的发射端采用了DD型线圈来增强耦合;考虑到接收端行进中能量传输存在的死区,接收端采用DDQ型线圈组成并联的输出结构。发射端和接收端的补偿拓扑均采用LCC结构。这种网络具有阻抗变换、压流互易等优良特性,在所提出的系统中,它使得发射端电流不受耦合和负载变化的影响而一直保持恒定,极大地简化了分析。具体研究内容包括:首先,本文从能量传输的角度出发,基于简化的互感模型,得到了系统的基波等效电路;在此基础上,结合LCC补偿网络自身的特性,分析了影响能量传输能力、效率和输出能量质量的主要因素,提出了实现能量高效传输的系统参数设计方法;此外,利用有限元仿真方法,分析影响初次级绕组耦合的因素,确定最稳定有效的绕组结构;最后,针对分析系统逆变和整流带来的谐波,利用傅里叶级数,分析了谐波对系统整体性能的影响。设计并搭建了一台实验样机,实验结果与理论分析及仿真结果一致,所设计样机在设定的行程内,平均输出电流为9.3A,效率最高达到81%。通过分析系统的系统元器件的电压电流波形以及输出的总电流,证明了对所提出的初级绕组并联的动态无线电能传输系统分析与设计的正确性。