電動汽車諧振式動態(tài)無線供充電裝置設(shè)計說明書(已修改)
2025-06-20 08:10 本頁面
【正文】 電動汽車諧振式動態(tài)無線 供 /充 電裝置設(shè)計說明書 設(shè)計者：黃潤鴻，王振亞， 周麗萍， 芮強， 詹玉香， 鄭浩，周文棟 指導老師：張波 教授 （華南理工大學電力學院 、電信學院 ，廣州 510640） 通過實驗設(shè)計了一套 電動汽車諧振式動態(tài)無線 供 /充電裝置， 如圖 1（ a） 和 （ b） 所示，其主要目的是為了克服現(xiàn)有電動汽車續(xù)航能力差，充電時間長等缺點，通過 利用諧振式無線電能傳輸技術(shù) 可以實現(xiàn)對電動汽車 無線充電 ， 特別是動態(tài)充電，即一邊行駛一邊充電，可以有效降低電池容量，節(jié)省用戶充電時間；另外這種無線充電裝置的發(fā)射部分一般埋在地面以下，節(jié)省道路空間，并且安全可靠，可以節(jié)省維護成本。 通過優(yōu)化設(shè)計，可以使得電能無線傳輸部分的效率達到 90%以上 [12]。整個系統(tǒng) 主要發(fā)射部分和接收部分，其中發(fā)射部分由 工頻交流輸入、整流濾波、高頻逆變及功率放大、電能發(fā)射線圈 等模塊組成；接收部分由 電能接收線圈、整流穩(wěn)壓模塊、電池 /電動機等部分。 通常 發(fā)射部分一般置于地面以下，接收部分一般集成在電動汽車內(nèi)，如圖 2 所示。 (a) (b) 圖 1. 電動汽車無線供 /充電 高 頻 逆 變和功 率 放 大模 塊阻 抗匹 配網(wǎng) 絡(luò)高 頻整 流電 路電 池管 理模 塊電 動汽 車電 池組充 電 基 站 側(cè) 電 能 接 收 側(cè)地 面 圖 2. 電動汽車無線充電系統(tǒng)示意圖 首先對整個系統(tǒng)建立了等效電路模型， 并對等效電路進行了理論分析， 設(shè)計最優(yōu)的傳輸功率和傳輸效率條件 ； 根據(jù)實際條件設(shè)置了仿真參數(shù)，借助仿真軟件 Ansoft HFSS 對發(fā)射線圈和接收線圈之間的高頻電磁場進行了仿真 ；通過前面的理論分析和仿真，設(shè)置最佳參數(shù)，制作出了一個電動小車的諧振式無線供電裝置，小車可以在沒有外部電池供電的情況正常轉(zhuǎn)動，從而證明本設(shè)計是可行的。 聯(lián)系人：黃潤鴻 ， 手機： 15017527247， Email： 1. 研制背景及意義 電動汽車可以很好的解決機動車污染排放和能源短缺問題，符合國家節(jié)能減排的政策需求，因此受到了很多國家和政府的鼓勵和支持。傳統(tǒng)電動汽車一般采用有線充電方式，但其要考慮很多問題：如充電安全問題，特別是下雨的時候，可能導致電擊觸電等意外；另外充電站、 插座、電纜等易于損壞，還可能面臨被偷的危險；換電站、充電基站等都是建在地面以上，占用大量空間，影響視線，夜晚容易造成交通事故；還有充電站的建設(shè)和維護成本較高。 針對電動汽車有線充電存在的種種弊端，電動汽車無線充電技術(shù)可以有效地解決上述問題。使得電動汽車的充電更加快捷、方便、安全，這有助于電動汽車的進一步推廣和普及。 目前無線充電技術(shù)（ 或 無線電能傳輸技術(shù)， Wireless Power Transfer, WPT）主要有三種：諧振式，感應(yīng)式和輻射式。其中感應(yīng)式無線充電技術(shù)在上個世紀 70 年代就已經(jīng)出現(xiàn)，最早應(yīng)用在電動牙刷充電上，最近 20 多年已經(jīng)在電動汽車（主要包括轎車和公共汽車）領(lǐng)域得到了實驗和應(yīng)用，其充電功率和效率都比較高，其缺點是需要精確對位，傳輸距離小，一般在厘米級別 [34]；輻射式無線充電主要包括微波和激光兩種形式，但其頻率很高，一般在 GHz 以上，容易對人體和生物產(chǎn)生危害，而且電能發(fā)射和接收難度很大，電能傳輸效率很低 [5]；諧振式無線充電技術(shù)在 2021 年由 MIT 的學者提出 [6]，它是一種新型的無線電能傳輸技術(shù)，具有傳輸距離遠（一般可達幾米），效率相對較高，頻率一般為幾 MHz，對人 體沒有輻射危害，空間自由度大等優(yōu)點。 將諧振式無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用在電動汽車的無線充電中，可以實現(xiàn)電能高效、清潔、安全、便捷的利用，示意圖如圖 1 所示；另外諧振式 無線電能傳輸 對空間位置不敏感，在一定范圍內(nèi)可以較為穩(wěn)定為系統(tǒng)供電，因此在理論上講，通過設(shè)置多個充電裝置，可以實現(xiàn)電動汽車的動態(tài)充電（在線充電 onlinecharge） [7]。 2. 設(shè)計方案 電動汽車諧振式無線充電系統(tǒng)主要包括以下幾個部分：工頻 220V 交流輸入，高頻功率源，發(fā)射線圈，接收線圈，高頻整流電路，反饋控制電路，汽車電池，如 圖 3
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