集成线圈LCC-S磁耦合谐振式动态无线充电技术研究

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相对于有线充电,无线充电因其安全性高、适用范围广、智能化程度高等优势近年来获得了广泛的发展,无线充电为众多设备拓宽了能量获取的途径,推进了电器设备智能化发展。对于减少电动汽车电池组以及充电时间方面,动态无线充电有着其他静态充电无法比拟的优势,它能使电动汽车在运动过程中不断地从埋在地下的发射线圈获取能量,这为减少电池重量以及缩短充电时间同时又增加续航里程提供了可能。本文设计了一种集成线圈LCC-S拓扑结构,利用集成线圈代替原有的铁芯电感补偿元件,提高检测接收线圈的精度,改善了输出功率的平滑性。并且利用普通利兹线即可轻松实现所需的电感值,减少定制电感带来的时间、经济成本,精简了系统所占空间的大小。本文对集成线圈LCC-S拓扑结构电路模型进行了等效分析,针对发射线圈布局问题,本文对单发射线圈以及双发射线圈的拓扑结构进行了理论分析,建立了数学模型并得出了相应参数的表达式,该理论为分析系统传输特性以及参数的选取提供指导。本文采用ANSYS Maxwell与MATLAB联合仿真分析了线圈位置对系统传输特性的影响,并以此为依据选择合适的线圈布置方式。采用Maxwell联合外电路对相邻发射线圈电流相位进行了仿真,分析了相邻线圈不同电流相位对系统的影响,为合理布置发射线圈提供理论依据,避免了动态传输过程中复杂的控制设计,减小系统的整体成本。为了减少系统损耗以及电磁辐射,本文采用分段开关发射线圈的方式,采用移相调压电路对系统待机-充电模式进行控制,进而实现动态充电。本文对移相调压电路的基本原理作了简单阐述,分析了基于反射阻抗的检测理论。经过仿真验证了检测理论以及移相调压方法用于检测与系统模式变换的正确性。基于反射阻抗的检测方法为分段切换发射线圈提供了理论指导。本文搭建了集成线圈LCC-S拓扑结构磁耦合谐振式动态无线充电系统的实验平台,对本文中的理论推导以及仿真分析的正确性作了进一步验证。本文对实验平台作了简单介绍。对集成补偿线圈电感大小作了实验验证,分析了其对系统传输的影响。在不同偏移情况下分别对系统进行了相应的实验研究,分析了系统的偏移特性。同时对采用的检测方法进行了实验验证。各项实验结果均反映了前期理论和仿真分析的正确性。
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