电动汽车谐振式动态无线供充电装置设计说明书

《电动汽车谐振式动态无线供充电装置设计说明书》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电动汽车谐振式动态无线供/充电装置设计说明书设计者：黄润鸿，王振亚，周丽萍，芮强，詹玉香，郑浩，周文栋指导老师：张波教授（华南理工大学电力学院、电信学院，广州510640）通过实验设计了一套电动汽车谐振式动态无线供/充电装置，如图1（a）和（b）所示，其主要目的是为了克服现有电动汽车续航能力差，充电时间长等缺点，通过利用谐振式无线电能传输技术可以实现对电动汽车无线充电，特别是动态充电，即一边行驶一边充电，可以有效降低电池容量，节省用户充电时间；另外这种无线充电装置的发射部分一般埋在地面以下，节省道路空间，并且安全可靠，可以节省维护成本。

2、通过优化设计，可以使得电能无线传输部分的效率达到90%以上[1-2]。整个系统主要发射部分和接收部分，其中发射部分由工频交流输入、整流滤波、高频逆变及功率放大、电能发射线圈等模块组成；接收部分由电能接收线圈、整流稳压模块、电池/电动机等部分。通常发射部分一般置于地面以下，接收部分一般集成在电动汽车内，如图2所示。(a)(b)图1.电动汽车无线供/充电图2.电动汽车无线充电系统示意图首先对整个系统建立了等效电路模型，并对等效电路进行了理论分析，设计最优的传输功率和传输效率条件；根据实际条件设置了仿真参数，借助仿真软件AnsoftHFSS对

3、发射线圈和接收线圈之间的高频电磁场进行了仿真；通过前面的理论分析和仿真，设置最佳参数，制作出了一个电动小车的谐振式无线供电装置，小车可以在没有外部电池供电的情况正常转动，从而证明本设计是可行的。联系人：黄润鸿，手机：15017527247，E-mail：huang.rh@qq.com1.研制背景及意义电动汽车可以很好的解决机动车污染排放和能源短缺问题，符合国家节能减排的政策需求，因此受到了很多国家和政府的鼓励和支持。传统电动汽车一般采用有线充电方式，但其要考虑很多问题：如充电安全问题，特别是下雨的时候，可能导致电击触电等意外；另外充电站

4、、插座、电缆等易于损坏，还可能面临被偷的危险；换电站、充电基站等都是建在地面以上，占用大量空间，影响视线，夜晚容易造成交通事故；还有充电站的建设和维护成本较高。针对电动汽车有线充电存在的种种弊端，电动汽车无线充电技术可以有效地解决上述问题。使得电动汽车的充电更加快捷、方便、安全，这有助于电动汽车的进一步推广和普及。目前无线充电技术（或无线电能传输技术，WirelessPowerTransfer,WPT）主要有三种：谐振式，感应式和辐射式。其中感应式无线充电技术在上个世纪70年代就已经出现，最早应用在电动牙刷充电上，最近20多年已经在电动

5、汽车（主要包括轿车和公共汽车）领域得到了实验和应用，其充电功率和效率都比较高，其缺点是需要精确对位，传输距离小，一般在厘米级别[3-4]；辐射式无线充电主要包括微波和激光两种形式，但其频率很高，一般在GHz以上，容易对人体和生物产生危害，而且电能发射和接收难度很大，电能传输效率很低[5]；谐振式无线充电技术在2007年由MIT的学者提出[6]，它是一种新型的无线电能传输技术，具有传输距离远（一般可达几米），效率相对较高，频率一般为几MHz，对人体没有辐射危害，空间自由度大等优点。将谐振式无线电能传输技术应用在电动汽车的无线充电中，可以实

6、现电能高效、清洁、安全、便捷的利用，示意图如图1所示；另外谐振式无线电能传输对空间位置不敏感，在一定范围内可以较为稳定为系统供电，因此在理论上讲，通过设置多个充电装置，可以实现电动汽车的动态充电（在线充电online-charge）[7]。2.设计方案电动汽车谐振式无线充电系统主要包括以下几个部分：工频220V交流输入，高频功率源，发射线圈，接收线圈，高频整流电路，反馈控制电路，汽车电池，如图3所示。其基本工作原理为：系统从电网吸收电能，经整流滤波和高频逆变后产生高频交流电，再经功率放大电路和阻抗匹配电路送至发射线圈，当发射线圈的自谐振

7、频率与系统频率相同时，发射线圈的电流最大，产生的磁场最强；此时接收线圈若有相同的自谐振频率，则会通过磁场产生很强的耦合，从而实现电能的高效传输。接收线圈中的电能经整流滤波和稳压调节电路给负载电池进行充电。同时整个系统通过反馈控制环节来保证系统的稳定性和高效性。图3.电动汽车谐振式无线充电系统框图2.1谐振耦合无线电能传输原理谐振耦合无线电能传输利用电磁近场共振耦合，把能量以“隧道”的形式从一个谐振线圈高效地传输到另外一个谐振线圈，而不与或很少与非谐振物体发生能量交换。理论分析表明未被负载吸收部分的能量会返回发射端，从而不会对效率造成影响

8、[8]。本作品以两谐振线圈系统为模型，分析谐振耦合无线电能传输的基本原理。完整的两谐振线圈模型如图4所示。(a)两谐振线圈电路模型(b)简化等效模型图4.考虑电源内阻的两谐振线圈模型定义S参数[9]：（S2