关键词：电动汽车;;无线充电;;Buck变换器;;平板磁芯;;磁传输部件
摘 要：电动汽车(Electric Vehicle,EV)如今越来越成为整个汽车行业关注的对象。由于能源与环境问题日益突出,电动汽车取代传统燃油汽车已经成为历史必然。随着电动汽车技术的发展,传统电动汽车充电存在的一系列问题暴露出来,成为电动汽车市场的阻碍。因此,无线电能传输(Wireless power transfer,WPT)技术被引进电动汽车充电领域。尤其当自动泊车和自动驾驶技术逐渐成熟,人们对无线充电的需求越来越强烈。然而,目前的电动汽车无线充电技术仍存在不少问题。例如,车辆与发射装置的相对位置、电池的充电状态等都会对整个充电过程产生显著影响,甚至破坏充电过程的稳定。因此,在电动汽车无线充电技术完全进入市场前,仍有很多问题需要研究。本文以解决电动汽车无线充电系统中常见的由于车辆相对位置和充电状态变化引起互感和负载改变,进一步影响系统输出特性(主要是充电电流)的问题为目标,研究了电动汽车无线充电系统设计方法。首先,本文建立了无线充电系统互感耦合模型,选择“串联-串联”补偿作为谐振补偿拓扑,推导了该拓扑的相关电路特性,在此基础上研究了系统输出特性随互感与负载的变化,提出了开环系统存在的不足。第二,对接收端加入DC-DC变换器后电路传输特性进行了研究。对目前广泛应用于电力电子领域的几种DC-DC变换器(Buck、Boost、Cuk等)在电路中的工作状态进行了理论和仿真分析,对比了 Buck和Boost变换器应用在系统中的异同,从系统整体性能优化的角度选择Buck变换器作为充电控制器。第三,研究了不同结构磁传输部件对不同传输位置、传输距离的适应性,总结了磁传输部件设计的一般准则,并将其推广至不同类型无线充电设备中。以耦合系数稳定性为目标,对磁传输部件的线圈与磁芯配置方式进行优化设计,设计了一款基于平板磁芯的磁传输部件。最后,搭建了验证性的无线充电测试系统。工作频率85kHz。发射端尺寸400mm*400mm,接收端尺寸380mm*380mm。最大输出功率500W。通过实验结果,该系统可在偏移100mm,负载10～25Ω变化范围内实现4A恒流充电。
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