【摘 要】
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无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术是指通过无线的方式将电源与车载动力电池进行连接,具有无直接电气连接的特点,可以有效解决传统有线充电面临的接口限制、安全问题。在电动汽车无线充电系统中,线圈耦合系数、频率、负载等因素会对系统的传输特性产生影响,控制困难。本文针对目前应用较广的磁耦合谐振式(Magnetically Coupled Resonant,MCR)无线
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无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术是指通过无线的方式将电源与车载动力电池进行连接,具有无直接电气连接的特点,可以有效解决传统有线充电面临的接口限制、安全问题。在电动汽车无线充电系统中,线圈耦合系数、频率、负载等因素会对系统的传输特性产生影响,控制困难。本文针对目前应用较广的磁耦合谐振式(Magnetically Coupled Resonant,MCR)无线充电方式,根据SAE J2954标准,对3.3k W的电动汽车无线充电系统的控制策略及系统设计进行研究。(1)分析了无线充电系统典型谐振拓扑补偿结构的特点,根据SAE J2954标准,选取了适合电动汽车无线充电的LCCL-S-LCL谐振拓扑结构,进行了传输特性表达式的推导,并采用仿真手段分析了频率、耦合系数以及负载等影响因素对系统传输特性的影响。(2)研究了典型动力电池的充放电特性;比较了无线充电系统单边控制和双边控制的特点,提出了在双边控制方式下的基于模糊自适应PID控制的无线充电智能控制方法。确定了正态分布的模糊隶属度函数,制定了模糊控制规则,并进行了模糊推理以及反模糊化计算,完成了无线充电的智能控制策略。然后对设计的模糊自适应PID控制器进行了仿真设计和性能分析,仿真结果表明系统可根据参考值与实际输出值的偏差大小实现自动调整PID控制器的参数。(3)根据设计的控制策略,对无线充电系统的Boost功率因数校正电路、高频逆变电路、谐振补偿电路、无源无损软开关Buck电路和包括采样及驱动电路的控制与保护电路进行了设计,确定了系统的控制流程,并对功率因数校正电路和无源无损软开关Buck电路进行了仿真分析。(4)根据设计的LCCL-S-LCL谐振拓扑结构的电动汽车无线充电系统,采用MATLAB/Simulink软件进行了整体仿真设计,完成了调控策略的输出控制效果仿真分析。搭建了实验平台,对功率因数校正功能、频率跟踪功能和输出控制效果进行了实验,实验结果证明,提出的应用于电动汽车无线充电系统的控制策略和系统设计是可行的。
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