分段式動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電的抗偏移及中繼接力方法研究.pdf

1、動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)為行駛中的電動(dòng)汽車(chē)不間斷地補(bǔ)充電能，使得車(chē)載電池工作在淺充淺放狀態(tài)，將顯著減少所需配備電池容量，并提高續(xù)航里程。此項(xiàng)技術(shù)有望與時(shí)下蓬勃發(fā)展的車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)靈活智能的無(wú)線(xiàn)Wifi充電模式，從而形成分布式充電網(wǎng)絡(luò)。這將極大地推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。考慮電動(dòng)汽車(chē)行駛路線(xiàn)的隨機(jī)性，動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)要求在較寬的偏移范圍內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的無(wú)線(xiàn)功率傳輸。為了達(dá)到此應(yīng)用目的，本文以分段式動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電系

2、統(tǒng)為研究對(duì)象，針對(duì)分段式功率線(xiàn)圈、抗偏移補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)、功率調(diào)控方法、中繼接力策略四個(gè)重要方面進(jìn)行了深入研究。
　　本文首先對(duì)磁耦合無(wú)線(xiàn)輸電技術(shù)的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了深入分析。動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電的物理基礎(chǔ)即是此類(lèi)無(wú)線(xiàn)輸電技術(shù)?；诙喾N物理模型，對(duì)存在爭(zhēng)議的兩種磁耦合無(wú)線(xiàn)輸電技術(shù)進(jìn)行了充分的對(duì)比研究，解釋了其實(shí)現(xiàn)高效率功率傳輸?shù)奈锢頇C(jī)理。兩種無(wú)線(xiàn)輸電方式均可用相同理論解釋?zhuān)胖C振式可看作是串-串型磁感應(yīng)式的一種特例。在互感模型基礎(chǔ)上，提出了復(fù)變比變壓

3、器模型，解釋了磁諧振與頻率分裂現(xiàn)象，對(duì)磁耦合無(wú)線(xiàn)輸電的工作機(jī)理及頻率特性獲得了直觀認(rèn)識(shí)。其次，從實(shí)際的電動(dòng)汽車(chē)尺寸、功率等級(jí)、行車(chē)道路標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，分析了電動(dòng)汽車(chē)對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的基本需求，對(duì)收發(fā)線(xiàn)圈尺寸、傳輸和偏移距離、傳輸功率等級(jí)提出了可行性指標(biāo)要求。為了保證收發(fā)功率線(xiàn)圈沿行進(jìn)方向上耦合盡可能平穩(wěn)，同時(shí)增加側(cè)向偏移距離，提出了一種不對(duì)稱(chēng)正交矩形結(jié)構(gòu)的分段式功率線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)5:1縮比尺寸的功率線(xiàn)圈的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)滿(mǎn)

4、足動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電要求。當(dāng)發(fā)射線(xiàn)圈側(cè)向偏移40％時(shí)，仍然保持互感耦合系數(shù)在0.1-0.15范圍內(nèi)變化。然后，從平緩傳輸功率波動(dòng)的角度，提出了原邊抗偏移補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的一般性設(shè)計(jì)方法。在對(duì)現(xiàn)有多種補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了描述補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)功率傳輸特性的統(tǒng)一框架模型?？紤]寬偏移范圍、功率平滑、高傳輸效率、軟開(kāi)關(guān)等多個(gè)約束條件，建立了完整的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)計(jì)流程。得到了具有良好抗偏移特性的T型三元件補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。所設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)了系統(tǒng)的被動(dòng)抗偏移能力

5、，降低了原邊控制系統(tǒng)的調(diào)控負(fù)擔(dān)，同時(shí)還具有空載限流保護(hù)功能，原邊逆變橋始終工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)。最后給出了設(shè)計(jì)實(shí)例，并對(duì)其抗偏移特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在耦合系數(shù)k變化兩倍的范圍內(nèi)，傳輸功率基本保持穩(wěn)定，整體傳輸效率達(dá)到90%以上。隨后，為了能主動(dòng)抵抗動(dòng)態(tài)情況下磁耦合波動(dòng)對(duì)傳輸功率的影響，在原邊采用所述的T型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于副邊調(diào)控的恒功率控制方法。分析了帶電壓源型負(fù)載的動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)輸電系統(tǒng)的功率傳輸特性。傳輸功率隨傳輸電壓增益的變

6、化曲線(xiàn)具有極值點(diǎn)和恒功率特性?；诖耍岢鰯_動(dòng)副邊不控整流電壓，跟蹤功率極值點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)恒功率傳輸?shù)目刂品桨?。所述功率控制方法省去了原副邊?shí)時(shí)通信的要求，副邊獨(dú)立調(diào)控，并且保證在有效的偏移范圍內(nèi)以額定功率傳輸，而在有效偏移范圍之外，則副邊自動(dòng)停止接收電能，適用于寬偏移范圍的動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)輸電應(yīng)用場(chǎng)合。最后在動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電小功率演示平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在側(cè)向偏移40%的情況下，傳輸功率保持恒定，實(shí)現(xiàn)了在整個(gè)車(chē)道內(nèi)的恒功率充電。后，針對(duì)原邊線(xiàn)圈鏈需要

7、分段激勵(lì)和局域供電的要求，提出了一種基于副邊主動(dòng)激勵(lì)探測(cè)的具有分散控制邏輯的中繼接力方法。闡述了中繼接力的基本原理和動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)架構(gòu)。利用互感耦合模型，對(duì)副邊主動(dòng)激勵(lì)的探測(cè)電路進(jìn)行了理論建模，并給出了探測(cè)電路參數(shù)選取方法。同時(shí)合理設(shè)計(jì)原副邊協(xié)同調(diào)控流程，避免了原副邊同時(shí)激勵(lì)沖突。最后搭建了5:1縮比尺寸的分段式動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)充電演示平臺(tái)，完成了由8個(gè)原邊線(xiàn)圈鏈組成的環(huán)形充電跑道的有效中繼接力。在發(fā)射線(xiàn)圈上方，小車(chē)平穩(wěn)接收電能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證