【摘 要】
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磁耦合无线电能传输（Magnetic Coupling Wireless Power Transfer,MC-WPT）是目前无线电能传输领域中的一大研究热门,在消费电子、生物医疗、电动汽车、特殊场合应用等行业得到广泛应用。在电动汽车充电领域,电动汽车与电网之间的能量互动均采用MC-WPT技术,即双向MC-WPT技术,无疑会提升电动汽车与电网的交互能力,更好地削峰填谷,提高电能利用率,实现能量均衡有
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磁耦合无线电能传输（Magnetic Coupling Wireless Power Transfer,MC-WPT）是目前无线电能传输领域中的一大研究热门,在消费电子、生物医疗、电动汽车、特殊场合应用等行业得到广泛应用。在电动汽车充电领域,电动汽车与电网之间的能量互动均采用MC-WPT技术,即双向MC-WPT技术,无疑会提升电动汽车与电网的交互能力,更好地削峰填谷,提高电能利用率,实现能量均衡有效的利用,也会使得整个系统更加高效、灵活和可靠。在电动汽车双向MC-WPT系统实际应用中,地面端线圈与车载端线圈发生偏移的情况客观存在,这会导致电能传输功率和效率发生波动,因此在设计MC-WPT系统时,需要提升系统的抗偏移能力,但仅靠系统自身的抗偏移能力来保证稳定高效的传输性能也是难以实现的,因此引入控制环节也是必要的。针对上述问题,本文从平缓传输功率波动出发,设计了具有较高抗偏移能力并且能够在互感变化以及负载切换时保证恒流输出的双向MC-WPT系统。为了提升系统的抗偏移能力,本文从谐振拓扑和耦合机构设计着手,首先分析了三种适用于双向MC-WPT系统的谐振拓扑的传输特性,通过综合对比最终选取LCC-LCC拓扑作为本文的谐振拓扑,并给出相应的参数设计方法。然后阐述了双向MC-WPT系统耦合机构的特殊性,并综合考虑互感、耦合系数及其变化率,通过有限元仿真软件Maxwell分析了不同线圈模式的抗偏移特性,地面端和车载端线圈分别采用外密内疏和双层密绕方式,给出了相应的参数设计及优化方案。与其他线圈结构相比,所设计的线圈在保证充足互感的情况下最多可降低12%的变化率。为了保证稳定高效的传输性能,本文设计了双向MC-WPT系统的恒流移相控制策略,详细介绍了该策略的组成部分与运行流程,并利用Matlab/Simulink对其进行了仿真验证,通过仿真实现了无论是能量正向传输还是反向传输,系统均能够保证在负载切换以及互感变化时保持输出电流的恒定。基于上述理论和仿真分析,搭建3k W双向MC-WPT系统实验验证平台,实验结果验证了本文所设计系统能达到相应的要求。
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