关键词：电动汽车无线充电;;控制策略;;电路参数变化;;补偿电容参数优化
摘 要：环境污染与能源短缺问题日益严重,电动汽车因其具有能源清洁、环境友好的优点使其得到世界各国的推广,但由于电池寿命与充电设施等条件限制,充电问题成为电动汽车普及的主要瓶颈。电动汽车采用的充电方式主要有有线充电和无线充电,相比于传统的有线充电,无线充电具有无机械损耗、运行安全、灵活便捷、占用空间小等优点,成为未来电动汽车充电方式的重要补充。本文基于感应耦合式无线电能传输技术研究电动汽车静态无线充电能效特性,主要进行以下研究工作:首先,分析了电动汽车无线充电原理,构建四种基本补偿拓扑及S/SP补偿拓扑T参数等效模型和等效互感模型,推导并对比分析各拓扑输出电压增益和输入相角特性,确定本课题采用S/SP补偿拓扑为电动汽车无线充电主电路拓扑,并建立电动汽车无线充电模型。其次,针对锂电池负载特性,构建了锂电池等效模型,设计了电动汽车无线充电两级控制策略,即原边侧采用频率跟踪控制策略,在变参数条件下使S/SP补偿拓扑始终工作在谐振角频率ω0处,实现高输出电压增益和输入相角为零,进而提高能效特性。副边侧采用Buck变换器电压电流双闭环控制策略,实现锂电池恒流恒压高效无线充电。再次,针对电动汽车无线充电在实际充电过程中引起的电路参数变化,采用控制变量法,并通过引入误差系数aa,通过a取不同值来反映电路参数变化。首先分析了原副边线圈漏感、激磁电感变化对S/SP补偿拓扑能效特性敏感度;其次针对实际无线充电装置中,补偿电容本身精度问题及松耦合变压器原副边线圈电感值测量不精确引起的匹配补偿电容存在的误差,分析了原副边补偿电容存在匹配误差对S/SP补偿拓扑能效特性敏感度。并在此基础上通过优化补偿电容参数,使松耦合变压器原副边线圈水平位置变化时实现额定功率传输,并且不增加副边补偿电容电压电流应力,使系统稳定运行。最后,构建无线充电实验平台。首先验证了蓄电池可实现恒流恒压充电;其次验证了电路参数变化对S/SP补偿拓扑输出电压和输出电流的影响;最后测定了补偿电容取不同值时输出功率和传输效率值,并利用描点法拟合输出功率和传输效率与误差系数之间的曲线图。实验验证了本课题理论分析的正确性和可行性。
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