【摘 要】
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电动汽车磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）系统以非接触形式将电能从发射端传递到接收端,避免了有线充电方式导线磨损易老化、插头频繁插拔引起漏电等问题,提高了电动汽车充电安全性。目前电动汽车动力电池一般采用恒流恒压的充电模式,但该模式充电时间长、充电效率低;同时,由于MCR-WPT系统强非线性、多变量的复杂特性,传统控制策略在动力电池内阻变化和系统原副线圈偏移时的抗干扰性与动态响应性不足。针对
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电动汽车磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）系统以非接触形式将电能从发射端传递到接收端,避免了有线充电方式导线磨损易老化、插头频繁插拔引起漏电等问题,提高了电动汽车充电安全性。目前电动汽车动力电池一般采用恒流恒压的充电模式,但该模式充电时间长、充电效率低;同时,由于MCR-WPT系统强非线性、多变量的复杂特性,传统控制策略在动力电池内阻变化和系统原副线圈偏移时的抗干扰性与动态响应性不足。针对上述问题,本文将非线性干扰观测（NDO）技术植入无源控制（PBC）中,设计复合控制器并对控制器参数进行优化整定,提高了MCR-WPT系统的抗干扰性与动态响应性,实现了动力电池的变电压间歇快速充电。首先,建立LCL-S型MCR-WPT系统数学模型,分析系统传输特性的影响因素。通过对动力电池充电特性和各充电方式的分析,确定变电压间歇快速充电模式;针对基本补偿拓扑在MCR-WPT系统变电压间歇充电中应用的局限性,本文对高阶LCLS型补偿拓扑的传输特性及参数配置进行探讨;利用互感电路理论对LCL-S型MCRWPT系统电路建模,分析得出系统输出功率、传输效率和电压增益的影响因素。研究证明了当线圈间互感和负载发生变化时,系统不能保持恒定的输出电压和较高的传输效率,无法满足电动汽车变电压间歇充电的需求。其次,针对电池内阻变化和原副线圈偏移对系统传输特性的影响,制定系统接收端控制策略。根据系统数学模型与无源控制理论,设计无源控制器,通过对系统接收端Buck变换器开关管驱动信号的控制,调整系统输出电压,实现变电压间歇充电;考虑充电过程中动力电池内阻变化及原副线圈偏移对系统输出电压的影响,设计非线性干扰观测器对干扰进行合理估计,搭建NDO-PBC控制器;针对控制器参数复杂、不便于整定的问题,采用粒子群优化算法对控制器参数进行优化整定;对控制系统总体结构、采样及保护电路模块进行电路和程序设计,实现控制系统的实际应用。最后,为了验证所提出的NDO-PBC控制策略的优越性、参数优化的有效性以及系统变电压间歇充电的可行性,搭建仿真模型和实验平台,进行相关研究。对比分析了NDO-PBC控制器和PID控制器在负载和线圈互感变化时的动态响应性和抗干扰性;设计了系统变电压间歇输出特性仿真,并通过所搭建的实验平台进行实验验证,证明了本文理论分析和仿真结果的正确性。
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