電動(dòng)汽車諧振式動(dòng)態(tài)無線供充電裝置設(shè)計(jì)說明書-文庫吧
2025-05-15 08:10 本頁面
【正文】 所示。其基本工作原理為：系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收電能，經(jīng)整流濾波和高頻逆變后產(chǎn)生高頻交流電，再經(jīng)功率放大電路和阻抗匹配電路送至發(fā)射線圈，當(dāng)發(fā)射線圈的自諧振頻率與系統(tǒng)頻率相同時(shí)，發(fā)射線圈的電流最大，產(chǎn)生的磁場最強(qiáng)；此時(shí)接收線圈若有相同的自諧振頻率，則會(huì)通過磁場產(chǎn)生很強(qiáng)的耦合，從而實(shí)現(xiàn)電能的高效傳輸。接收線圈中的電能經(jīng)整流濾波和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路給負(fù)載電池進(jìn)行充電。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)通過反饋控制環(huán)節(jié)來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性。 電 網(wǎng) 整 流 濾 波高 頻 逆 變器阻 抗 匹 配 電 路整 流 電 路電 池 管 理電 路汽 車 電 池反 饋控 制電 路反 饋控 制電 路地 面接 收 線 圈發(fā) 射 線 圈 圖 3. 電動(dòng)汽車諧振式無線充電系統(tǒng)框圖 諧振耦合 無線電能傳輸原理 諧振耦合無線電能傳輸利用電磁近場共振耦合，把能量以 “隧道 ”的形式從一個(gè)諧振線圈高效地傳輸?shù)搅硗庖粋€(gè)諧振線圈，而不與或很少與非諧振物體發(fā)生能量交換。理論分析表明未被負(fù)載吸收部分的能量會(huì)返回發(fā)射端，從而不會(huì)對效率造成影響 [8]。 本作品以兩諧振線圈系統(tǒng)為模型，分析諧振耦合無線電能傳輸?shù)幕驹怼?完整的兩諧振線圈模型如圖 4 所示。 VSL2L3k2 3R2R3C2C3RLRSZi n (a) 兩諧振線圈電路模型 VSRSZin (b) 簡化等效模型 圖 4. 考慮電源內(nèi)阻的兩諧振線圈模型 定義 S 參數(shù) [9]： （ S21 代表系統(tǒng)傳輸功率的能力） 1/ 221 2 SLSLRVS VR??? ???? (1) 根據(jù) KVL，可得系統(tǒng)的方程： 2 2 3 22 3 3 30S Zj ω MIV jω M Z I? ? ? ??? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? (2) 式中，2 2 2 21SZ R R jω L jω C? ? ? ? ，3 3 3 31 LZ R jω LRjω C? ? ? ?。 解得負(fù)載電壓 VL與電源電壓 VS比值為 ： 2 3 2 3222 3 2 3 2 3LLSjω k L L RVV Z Z ω k L L? ? (3) 則兩諧振線圈模型的 S21 與耦合系數(shù) k、頻率 f 之間的關(guān)系如圖 5 所示。由圖中可見，諧振耦合無線電能傳輸系統(tǒng)存在過耦合、臨界耦合和欠耦合三個(gè)區(qū)域。在過耦合區(qū)域， S21會(huì)出現(xiàn)頻率分裂現(xiàn)象，過了臨界耦合區(qū)域， S21 隨著 k 的減小而指數(shù)衰減。 因此，電動(dòng)汽車無線供 /充電的距離 應(yīng)該 設(shè)計(jì)在臨界耦合點(diǎn)處，此時(shí)保證電動(dòng)汽車得到最大的輸出功率。 或者根據(jù)電動(dòng)汽車 底盤與地面 距離的需要，設(shè)計(jì)發(fā)射和接收線圈的尺寸，同樣實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車最佳的輸出功率。 kS21f / H z過耦合臨界耦合欠耦合 圖 5. 兩諧振線圈 的 S21 曲線圖 電磁場仿真 1）諧振與非諧振的比較 仿真結(jié)果如圖 6 所示。當(dāng)無線發(fā)射線圈和接收線圈處于非諧振狀態(tài)時(shí)，由磁場分布可以看出，發(fā)射線圈的能量基本不能傳輸?shù)浇邮站€圈；而當(dāng)發(fā)射線圈和接收線圈處于諧振狀態(tài)時(shí)，傳輸效率可以達(dá)到很高，這與直觀的概念 相 符合，即共振能夠高效的傳輸能量。 ( a )( b ) 圖 6. 磁場分布 . (a)非諧振 。 (b)諧振 . 2）諧振線圈諧振頻率的確定 諧振線圈諧振頻率的確定目前還沒有有效的解析方法來確定 ，有限元分析 則 提供了很好的方法。 以單個(gè)螺旋線圈為例，用 HFSS 軟件仿真得到的 S 參數(shù)曲線如圖 7 所示，根據(jù) 圖 7的 S 參數(shù) 幅值 的最大值可以確定線圈的固有頻率。此方法可為本作品線圈的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，避免通過實(shí)驗(yàn)的方法反復(fù)測量和設(shè)計(jì)造成時(shí)間的浪費(fèi)。 圖 7. S 參數(shù)曲線 高頻逆變器設(shè)計(jì) 1）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理 圖 8 為典型的 E 類 高頻逆變器 ， 結(jié)
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