基于功率波的车载设备无线电能传输系统研究

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1、学校代号10532学号B090200044分类号TH39密级公开博士学位论文基于功率波的车载设备无线电能传输系统研究学位申请人姓名陈新培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称张桂香教授学科专业机械工程研究方向汽车电子论文提交日期2015年6月12日学校代号：10532学号：B090200044密级：公开湖南大学博士学位论文基于功率波的车载设备无线电能传输系统研究学位申请人姓名：陈新导师姓名及职称：张桂香教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2015年6月12日论文答辩日期：2015年9月25日答辩委员会主席：于德介教授TheResearchonWPTSystemof

2、On-boardEquipmentBasedonPowerWavebyCHENXinB.E.(HunanUniversity)1998M.S.(CentralSouthUniversity)2006AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHANGGuixiangJune,2015湖南大学学

3、位论文原创性声明本人郑重声明；所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研。，究所取得的研究成果除了文中特别加１＾标注引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期；货庐／广年／〇月日？学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可レッ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检

4、索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密□，在年解密后适用本授权书。‘２．不保密打＾＂＂（请在Ｗ上相应方框内打Ｖ）／系＾八口作者签名：诚＾曰期：万年／月宁曰导师签名：日期：年作月日今基于功率波的车载设备无线电能传输系统研究摘要无线电能传输（WPT，WirelessPowerTransfer）技术是利用电磁场传递电能的一种新兴技术，负载可以实现以无线非接触的方式从电源输出端获得电能。WPT技术综合了电磁场理论、射频技术、电力电子技术和控制工程等多门学科和理论，是目前电气工程领域最热门的研究课题之一，也是基础科学和实际应

5、用研究与一体的前沿方向，具有广阔的应用和发展前景。由于WPT技术可以解决车载设备接线凌乱、带电拔插和电源线短路等问题，并且具有安全、方便和可靠等特点，在车载设备领域WPT技术引起极大重视并得到实际应用。车载设备的WPT系统具有自己的特点，例如由于采用车载电源供电，输入电压较低，通常为12V或者24V；车载设备种类较多需要满足不同设备的功率需求；车载设备由于车辆的颠簸等容易造成线圈之间距离和位置变化，造成系统传输性能下降。WPT系统中由于原/副边线圈的耦合系数较低，通常通过原/副边保持同一谐振频率的方法来提高系统的传输效率或者负载功率。传统的WPT系统建模方法由于电气参数和元器件较多，建模会生

6、成多变量高阶微分方程或者高阶矩阵方程，方程中的任意参数的轻微变化都可能造成WPT系统输出产生明显变化。由于WPT系统是高阶非线性系统，待确定的参数比较多，各种参数变化容易造成WPT系统传输性能低下或者传输效率、负载功率波动。针对上述问题，本文利用二端口网络和功率波理论对WPT系统建模，基于WPT系统功率波的入射与反射情况建立功率流模型；并通过功率流模型来优化系统参数与分析拓扑结构。将上述的建模和分析方法应用到车载设备无线传能装置，以解决目前车载设备的WPT装置传输效率较低和负载功率低等实际应用问题。论文的主要工作及创新点如下：（1）针对WPT系统传统方法建模复杂与求解难等问题，本文利用二端口

7、网络和功率波理论分析关键节点功率波的反射与入射情况，从而建立功率流模型；并根据阻抗匹配与功率流模型，优化WPT系统的传输效率和负载功率。相对于传统建模方法，二端口网络和功率波理论方法简化了WPT系统的建模与计算过程。功率流模型揭示了WPT系统在无线电能传输过程中功率传递、消散和损耗等情况。研究和实验结果表明，上述研究方法不仅适用于车载设备的WPT系统的分析与优化，同样也适用于通用的WPT系统的建模与分析。（2