感应耦合式锂电池无线充电平台设计研究

《感应耦合式锂电池无线充电平台设计研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、本人声明所呈交的学位论文感应耦合式锂电池无线充电平台设计研究1绪论1.1课题研宄的背景及意义电能的生产使用与当今人类社会的发展息息相关，已经成为人们生产生活不可或缺的能量形式。随着电力电子技术的飞速进步，电能的输送、分配和使用也在发生着日新月异的变化，但总体而言，在世界范围内，电能的输送仍是采用导线传导的电气连接这一传统输电模式。尤其在用电领域，更是通过开关、插座等装置在电源和用电设备之间构成完整的导体回路来使用电能。这就使得接触火花、碳积、机械磨损等问题不可避免，在一些特殊场合，比如化工、矿井、水下环境中，开关电弧、摩擦火花等足以引发安全事故[1-3]。在医疗领域，随着人工心脏等人工器官的

2、成功植入，在体外对器官电池的充电，也对传统电能传输方式提出了挑战。近年来，越来越多的电子产品走进了我们的生活，随着智能手机的普及，iphone、ipad、mp3等更是随身携带，相关的电能供应，即充电问题都是通过电线插头连接插座来进行的。错综复杂的电线既影响了电器移动的灵活性，又破坏了环境的美观。基于上述情形，灵活、安全、便利的无线电能传输技术的应用愈发显得迫切和紧要。事实上，早在1897年，著名物理学家NikolaTesla就已经提出无线电能传输理论，目前世界各地都仍有特斯拉线圈的爱好者。根据无线电能传输原理，无线电能传输方式可分为三类：感应耦合无线电能传输、磁谐振耦合无线电能传输和微波无线

3、电能传输。这三种基于不同原理的技术在传输距离上分别对应着近、中和远距离。微波能量传输要求发射器必须对准接收器，受到严格的方向性限制，并且易受大气等周围介质的影响导致衰减较大，不能高效穿越障碍物，所以该技术只适用于空旷空间的远距离能量传输。磁谐振式是2007年MIT的Soljacic教授首次提出的，是利用两个具有相同谐振频率的电磁系统，在相距一定的距离时，由于电磁耦合产生谐振，进行能量传输[4】。磁谐振式目前仍处于理论探索阶段，不是本文研宄的重点。感应耦合式主要基于电磁感应耦合原理，采用可分离变压器或者互感线圈来实现电能的无线传输。感应式原理简单，近距离传输效率可高达99%[4】，传输距离在厘

4、米量级间。随着传输距离的增大，效率急剧下降。所以，感应式无线电能传输87多用于近距离无接触充电场合，从便携电子设备的锂电池到大型轨道机车的蓄电池，功率从几毫瓦到几十瓦、几百千瓦不等[5]。本文的研究方向集中在感应耦合无线电能传输方式，文中提及的无接触电能传输，如无特殊说明，一般均指感应耦合式。本课题多负载感应稱合式锂电池无线充电平台的设计研宄87便是基于这一研宄背景来展开的。2010年，世界无线充电联盟首次公布了低功率无线充电的行业标准1.0版本[6]。随着搭载Android、ios操作系统的智能机的全面普及，便携电子设备的无线充电已经酝酿在即，谷歌、苹果、三星等公司均已经发布新产品无线充电

5、蓝图。本课题的研究工作，顺应科技发展趋势，立足科技变革前沿，具有实际意义。1.2国内外研究现状1.2.1国外研宄现状国外对无线电能传输（WirelessPowerTransfer)的研宄起步较早，大功率（几千瓦到几百千瓦）多应用于轨道交通、电动汽车的无接触实时供电场合，中小功率（几十毫瓦到几百瓦）多应用于医疗、家电和便携电子设备的无线充电领域[5]。就微波无线电能传输而言，1987年，加拿大研制的SHARP模型依靠2.5GHz的微波能量束，在离地面150米高度飞行20分钟。1992年，日本研制的MILAX飞机依靠2.411GHz,发射功率为lkW的微波能量束，在离地面高度为15米处成功飞行4

6、0秒。日本计划在2020年建造试验型太空太阳能发电站，美国也准各在国际空间站上采用C波段频率进行微波无线电能传输试验测试【4】。2007年，MIT的Soljacic教授领导的团队成功点亮了一个60W的灯泡，能量发送端与接收端相距2米，能量传输效率为40%到50%,距离为1米时效率可达90%[4】。2010年MIT宣布通过磁谐振耦合电能传输的功率已经达到3300W，日本富士通公司利用磁谐振无线电能传输技术实现为一个以上的设备供电[4]。相比而言，感应稱合电能传输（InductivePowerTransfer)的研宄和应用最为广泛[3】。20世纪90年代，新西兰奥克兰大学的Boys教授率先提出这

7、一技术，并将之应用在大功率的轨道交通供电领域，一个是高速公路发光分道猫眼系统，运行于新西兰惠灵顿大隧道中；另一个是用于Rotorua国家地热公园30kW载人电动游览车，满载时效率达到75%。德国WAMPELER公司的200kW载人电动列车已经试车成功，轨道长度400m，气隙120mm，传输效率达到85°/。，是目前为止世界上建造的最大的无接触供电系统之一。该公司还将无接触供电技术应用于电动游船的水下驱动装置[