【摘 要】
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电动汽车(Electric Vehicle,EV)相较传统燃油汽车更加环保,而EV无线充电技术让EV更加便捷安全。EV无线充电可依靠磁耦合式无线电能传输(MagneticallyCoupled Resonant Wireless Power Transmission,MCR-WPT)技术实现,但MCR-WPT系统传输效率较易受外部环境影响,使系统工作不稳定。如何加强MCR-WPT系统的稳定性,提高
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电动汽车(Electric Vehicle,EV)相较传统燃油汽车更加环保,而EV无线充电技术让EV更加便捷安全。EV无线充电可依靠磁耦合式无线电能传输(MagneticallyCoupled Resonant Wireless Power Transmission,MCR-WPT)技术实现,但MCR-WPT系统传输效率较易受外部环境影响,使系统工作不稳定。如何加强MCR-WPT系统的稳定性,提高系统的传输效率是一直以来的研究重点。论文首先对MCR-WPT技术的发展和国内外的研究现状进行了介绍,总结了目前在EV无线充电领域中MCRWPT的研究热点。然后基于耦合模理论和电路理论模型,分别对典型MCR-WPT系统工作原理和补偿拓扑的阻抗特性进行分析,重点研究高频交流电源与阻抗匹配,以此达到提高MCR-WPT系统传输效率的目的。在Simulink环境中分别对E类、D类、DE类功放电路进行建模分析,通过比较各功放的工作效率,最终选用D类功放作为高频交流电源的主要拓扑。并对电源的控制环路进行建模仿真。在研究自动阻抗匹配算法的过程中,发现使用传统的智能算法进行自动阻抗匹配运算量大,求解速度慢。为解决该问题,提出了一种基于Q值法的自动阻抗匹配方法——截面法。基于Matlab平台分别提出基于遗传算法、分层遗传算法、粒子群优化算法和截面法的自动阻抗匹配策略并建立仿真模型,综合比较以上各算法的匹配精度和求解时间,可知截面法在保持精度与传统算法相近的情况下,大幅提高了求解速度。根据前期的理论推导和仿真分析制作了一个可实现阻抗自动匹配的高频交流电源系统样机。基于所涉及的自动阻抗匹配模块进一步对各算法进行实验验证,实验结果与仿真结果具有较好的一致性。比较高频交流电源在加入自动阻抗匹配模块和未使用匹配模块的情况下,接入不同负载时的效率变化,证明了自动阻抗匹配能够在一定程度上提高系统效率,提升系统输出的稳定性。进一步,在该高频交流电源系统的基础上搭建了MCR-WPT实验平台,测试验证了接收线圈在接不同负载和与发射线圈不同间距时系统的传输性能的提升。实验结果表明:在自动阻抗匹配系统的设计范围内,当接收线圈接不同负载时自动阻抗匹配系统均能使MCR-WPT的传输性能得到改善。
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