电动汽车谐振式无线充电系统研究

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1、分类号:TM72410710-2015125035硕士学位论文电动汽车谐振式无线充电系统研究田迪导师姓名职称程博副教授申请学位类别硕士学科专业名称机械制造及其自动化论文提交日期2018年4月5日论文答辩日期2018年5月14日学位授予单位长安大学ResearchonelectricvehicleresonantwirelesschargingsystemAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:TianDiSupervisor:A.P.ChengBoChang’anUniversity,Xi’an,China摘要电动汽车的

2、普及对解决目前日益严重的环境问题以及能源问题具有重要的推动性。而限制电动汽车发展的一个重要因素就是充电问题，电动汽车无线充电技术的实现及应用对于电动汽车的大面积推广有重要推动作用。谐振式无线电能传输是实现汽车无线充电的主流方式。本文从谐振式无线能量传输原理的角度出发对无线电能传输的拓扑结构进行详细的分析，针对可能的拓扑形式进行理论推导，并用Matlab对推导结果进行计算，进一步将计算结果与电动汽车的电池特点相互结合，最终选择最适合车用的原副边均串联的拓扑形式做为电路的基本拓扑结构。根据理论推导结合设计指标设计硬件电路，并选择适合的元器件。随后在绘制好原理图的基础上对硬件电

3、路进行封装及印制电路板的设计制作，并将文件发给制版厂进行电路实现。根据闭环系统的需要设计各信号检测电路，并根据实际工况设计大规模电池组监测方案。选择TMS320F2812为主控芯片，设计软件控制流程图及驱动电路的主要配置程序，并通过对控制策略的简要分析选择调压控制为主要控制策略。在对线圈的电感值进行分析之后，利用Maxwell软件在相同线圈材料情况下对不同的线圈结构进行电磁场分析，根据磁场分布及耦合系数的仿真结果确定均匀间距的圆形平面线圈耦合程度最佳。结合Matlab和PSpice仿真软件对系统的补偿电容即工作频率和耦合系数的特性做仿真研究。搭建实验平台对系统的负载、距离

4、即耦合系数和异物干扰进行实验验证。将仿真分析及实验研究的结果与前述理论分析对比，证明了理论分析的正确性。结果表明在松耦合情况下可以实现高效的无线电能传输。负载阻值与传输功率成正比，传输功率随着耦合系数的增大先增大后减小，并指出可以通过对线圈结构的优化调整可以使汽车在充电工作距离下达到最佳传输效果，同时需要注意在充电过程中必须避免金属异物带来的干扰。关键词：电动汽车，谐振式无线电能传输，印制电路板，线圈结构，电磁场分析IAbstractThepopularizationofelectricvehiclesisimportanttosolvetheincreasinglyse

5、riousenvironmentalproblemsandenergyproblems.Oneoftheimportantfactorsrestrictingthedevelopmentofelectricvehiclesisthechargingproblem.Therealizationandapplicationofthewirelesschargingtechnologyofelectricvehicleshaveanimportantroleinpromotingthelarge-scalepromotionofelectricvehicles.Resonant

6、radiotransmissionisthemainwaytorealizewirelesscharging.Inthispaper,thetopologicalstructureofradioenergytransmissionisanalyzedindetailfromtheperspectiveofprinciple,andtheoreticalderivationiscarriedoutforthepossibletopologicalform,andtheresultsarecalculatedbyMatlab.Thecalculationresultsaref

7、urthercombinedwiththebatterycharacteristicsofelectricvehicles,andthetopologicalformoftheBothsidesareinseriesofthemostsuitablevehicleisselectedasthebasictopologicalstructureofthecircuit.Thehardwarecircuitisdesignedaccordingtothetheoreticaldeductionincombinationwithth