论文部分内容阅读
在无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术中,感应电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)技术是一种利用kHz-MHz的交变磁场实现非接触电能传输的新型供电技术。将IPT技术应用到电动自行车的电池充电领域,利用其供电灵活、安全、稳定及环境亲和力强等优点解决了传统充电方式存在的触电、漏电、电火花等安全隐患。目前采用电路拓扑的方法实现的IPT充电系统均可用于电动自行车充电,但是在共享充电桩的前提下,无法通过配置参数改变系统充电电流,难以用于不同规格(充电电流不同)的电动自行车。此外,现有的电路拓扑式IPT充电系统的耦合机构均为两线圈,而采用三线圈或者四线圈等多线圈耦合机构的IPT系统,不能实现恒流输出,无法实现对电池安全稳定地充电。为了解决上述问题,本文基于两线圈耦合机构和三线圈耦合机构分别提出了两种新的结构:结合LCL和S-S补偿电路的输出电流电压特性以及输入阻抗特性给出了基于两线圈耦合机构的充电电流可配置的IPT充电系统电路拓扑,并提出了在副边电路增加两个开关和一个附加电容的充电模式切换方法,以实现不同充电电流的电动自行车可以共享充电桩、单个逆变器对多个电动自行车充电且系统没有无功功率输入。最后给出了该充电系统的电路参数设计方法,并搭建了48V-2A和48V-4A充电系统并联的电路仿真模型及实验原理样机。在实验中,恒流充电时,4A系统的充电电流变化率为0.35%,最大效率88.65%;恒压充电时,4A系统的充电电压变化率为5.6%,最大效率91.32%;充电模式切换过程平稳;2A系统和4A系统并联于单个逆变器时能同时正常工作。仿真和实验结果表明上述方法有效且可行。此外,采用电子负载和铅蓄电池充电的充电曲线基本一致,证明了实验中用电子负载替代蓄电池是可行的。结合S-S-S补偿电路和LCL补偿电路的输出电流电压特性以及输入阻抗特性给出了基于三线圈耦合机构的充电电流可配置的IPT充电系统拓扑,并借鉴了前一章提出的充电模式切换方法,实现了不同充电电流的电动自行车可以共享充电桩、单个逆变器对多个电动自行车充电且系统没有无功功率输入。最后给出了该充电系统的电路参数设计方法,并搭建了60V-2A和60V-4A充电系统并联的电路仿真模型及60V-4A充电系统的实验样机。在实验中,恒流充电时,4A系统的充电电流变化率为0.75%,最大效率89.71%;在恒压充电时,4A系统的充电电压变化率为5.1%,最大效率91.86%。在电路模型仿真中,2A系统和4A系统并联于单个逆变器时能同时正常工作;两套系统原边电路及耦合机构的参数完全一致,验证了不同充电电流的电动自行车可共享充电桩。仿真和实验结果表明上述方法有效且可行。