【正文】 gnechargeTM 系統(tǒng)的設計，制訂了在美國使用非接觸感應電能傳輸技術進行電動汽車充電的條例 ——SAE J1773[13,14]。該公司還將非接觸感應電能傳輸技術用于電動游船的水下驅動裝置 [4,12]。新西蘭奧克蘭大學所屬奇思公司已將非接觸感應電能傳輸技術成功應用于新西蘭 Rotorua 國家地熱公園的 30kW 旅 客電動運輸車 [4,68]。 20 世紀 90 年代初，新西蘭奧克蘭大學電子與電氣工程系功率電子學研究中心 Boys 教授 3 以及由他領導的課題組率先對非接觸感應電能傳輸技術進行了系統(tǒng)的研究。 非接觸感應電能傳輸技術早在 100 年前就已經(jīng)為人所知，并進行了多次實驗嘗試，但因為效 率太低，沒能商業(yè)化。在航空航天、機器人、醫(yī)療器械、照明、便攜式電子產(chǎn)品等場合，非接觸感應電能傳輸技術也有廣泛的應用前景。在水下場合，導線直接接觸供電存在電擊的潛在危險。這種傳輸方式由于存在摩擦、磨損和裸露導線，很容易產(chǎn)生接觸火花，影響了供電的安全性和可靠性，縮短了電氣設備的使用壽命。因此本文將對非接觸感應電能傳輸技術進行研究 [5]。類似于無線通訊，非接觸電能傳輸也可以采用電磁波的形式，但是采用傳統(tǒng)的微波引導和天線在空氣中長距離進行能量的傳輸非常困難，能量的控制也很復雜。與感應電能傳輸類似，容性電能傳輸可以利用高頻變化的電場實現(xiàn)大氣隙的電能傳輸。非接觸電能傳輸可通過磁場或電場實現(xiàn)，緊耦合的傳輸形式如變壓器、電容，可以實現(xiàn)無電氣連接的能量傳輸，但是由于磁場鐵芯和電場媒質(zhì)的 限制，它們不適合向運動的物體進行大氣隙的能量傳輸。隨著功率半導體器件和功率變換技術的發(fā)展，一種新型的感應電能傳輸技術使大氣隙的非接觸傳輸成為可能。 2 電動汽車無線充電技術有三種模式：電 磁感應式、磁場共振式、無線電波式。利用充電樁充 電 的形式 會 有以下缺點：同時充電的汽車數(shù)目 有限，戶外有線充電樁易受到 損壞 ，建專用充電站占用大量用地。 ② 快速充電，多為直流充電，一次充電需要 1020 分鐘左右；存在問題：在短時間內(nèi)充電完畢需要一個兆瓦級的充電站，難以實現(xiàn)。除此之外，如果夜間向蓄電池充電，還可以避開用電高峰，有利于電網(wǎng)均衡負荷，減少費用。另一方面，電動汽車的應用可有效地減少對石油資源的依賴，可將有限的石油用于更重要的方面。電動汽車停止時不消耗電量，在制動過程中，電動機可自動轉化為發(fā)電機，實現(xiàn)制動減速時能量的再 利用。 電動汽車的研究表明，其能源效率已超過汽油機汽車。電動汽車無內(nèi)燃機產(chǎn)生的噪聲，電動機的噪聲也較內(nèi)燃機小。電動汽車無內(nèi)燃 機汽車工作時產(chǎn)生的廢氣，不 會 產(chǎn)生排氣污染，對環(huán)境保護和空氣的潔凈是十分有益的，幾乎是 “零污染 ”。新能源汽車的發(fā)展方向有多種，從技術發(fā)展成熟程度和中國國情來看，純電動汽車應是大力推廣的發(fā)展方向。 33 1 第一章 緒 論 論文選題背景 隨著 “汽車社會 ”的逐漸形成，汽車保有量在不斷地呈現(xiàn)上升趨勢，而石油等資源卻捉襟見肘，另一方面，吞下大量汽油的車輛不斷排放著有害 氣體和污染物質(zhì)。 32 致 謝 31 參考文獻 31 后續(xù)研究工作展望 31 本文主要工作總結 20 移相控制帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的分析 18 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器電路特性分析 16 可分離變壓器的等效電路模型 16 功率變換器的模型 14 iv 第四章 非接觸感應電能傳輸系統(tǒng)全橋串聯(lián)諧振變換器 的電路特性分析 11 非接觸變壓器的優(yōu)化 10 改進型磁路模型 10 原有磁路模型的限制 8 繞組布置 7 改進型非接觸變壓器 7 可分離變壓器的分類 5 第三章 可分離變壓器概述與新型非接觸變壓器的磁路模型及其優(yōu)化 5 非接觸感應電能傳輸系統(tǒng)的構成 3 本文研究的意義及內(nèi)容 2 非接觸感應能量傳輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 2 非接觸感應能量傳輸系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 ii 第一章 緒 論 i Abstract Magic circuit model。 關鍵詞 ： 非接觸感應電能傳輸系 統(tǒng)，可分離變壓器，磁路模型，全橋串聯(lián)諧振變換器 ii The Research of Electric Vehicle Wireless Charging System Abstract Contactless inductive power transfer technique is a novel power transfer method, which utilizes the electromagic coupling theory to achieve contactless power transfer effectively and safely. Therefore this technique is widely used in many applications such as public transport systems, aviation and space systems, robots, medical plants, lighting, pact electronic devices, mine and water applications. The paper focuses on some key technologies of the contactless inductive power system. Firstly, the main operation principle, research status and development trends are introduced. Some design guide lines are discussed based on the structure of the system. The magic circuit of the separate transformer is analyzed on the base of the introduction of the characteristics and types of the separate transformer. The characteristics of the full bridge series resonant converter with the separate transformer and the resonant frequency are analyzed. The full bridge series resonant converter is analyzed by circuit simulation. The final simulation results will meet the system requirements and work stability to achieve the desired goals. Key Words： Contactless inductive power transfer system。其次，對帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的電路特性進行了分析，分析了變換器的諧振頻率，對移相控制的帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器進行了電路仿真。首先介紹了非接觸感應電能傳輸?shù)脑?、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 作者簽名： 年 月 日 （學號）： i 電動汽車無線充電系統(tǒng)研究 摘 要 非接觸感應電能傳輸技術是一種新型電能傳輸技術，利用電磁感應理論實現(xiàn)電能有效、安全的傳輸，在交通運輸、航空航天、機器人、醫(yī)療器械、照明、便攜式電子產(chǎn)品、礦井和水下應用等場合有著廣泛的應用前景。 編號 畢業(yè)論文 題 目 電動汽車無線充電系統(tǒng)研究 學生姓名 學 號 030720406 學 院 自動化學院 專 業(yè) 電氣工程及自動化 班 級 0307204 指導教師 張之梁 副教授 二 〇 一一 年六月 南京航空航天大學 本科畢業(yè)設計（論文）誠信承諾書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）（題目： 電動汽車無線充電系統(tǒng)研究 ）是本人在導師的指導下獨 立進行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 本文對非接觸感應電能傳輸系統(tǒng)中的功率變 換器的一些關鍵技術進行了研究。針對非接觸感應電能傳輸系統(tǒng)的構成，討論了非接觸感應電能傳輸系統(tǒng)的設計準則，在闡述可分離變壓器特點和分類的基礎上，對可分離變壓器的磁路進行了分析，進而給出了新型非接觸變壓器的磁路模型。最終的仿真結果能夠滿足系統(tǒng)的要求，并能夠穩(wěn)定工作，達到預期目標。 Separate transformer。 full bridge series resonant converter iii 目 錄 摘 要 1 論文選題背景 1 非接觸感 應能量傳輸系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4 本文研究的意義 4 本文研究的內(nèi)容 4 第二章 非接觸感應電能傳輸系統(tǒng)基本特性研究 5 非接觸感應電能傳輸?shù)脑砑皟?yōu)點 5 非接觸感應電能傳輸系統(tǒng)的設計準則 7 可分離變壓器概述 7 可分離變壓器特點 8 磁芯形狀 9 改進型非接觸變壓器的磁路模型 13 變壓器優(yōu)化方法 13 邊沿擴展平面 U 型非接觸變壓器 16 變換器副邊等 效電路 17 變換器的補償電路 19 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的作用及優(yōu)點 19 帶可分離變壓器的全橋串聯(lián)諧振變換器的諧振頻率 23 采用移相控制方式的全橋串聯(lián)諧振變換器電路仿真 27 第五章 總結與展望 最終的解決之道當然不是限制汽車工業(yè)發(fā)展，而是開 發(fā) 替代石油的新能源，幾乎所有的世界汽車巨頭都在研制新能源汽車。 電動汽車是指以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。 眾所周知，內(nèi)燃機汽車廢氣中的 CO、 HC 及NOX、微粒、臭氣等污染物形成酸雨酸霧及光化學煙霧。噪聲對人的聽覺、神經(jīng)、心血管、消化、內(nèi)分泌、免疫系統(tǒng)也是有危害的。特別是在城市運行，汽車走走停停，行駛速度不高，電動汽車更加適宜。有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅動汽車，其能量利用效率比經(jīng)過精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機驅動汽車高，因此有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量。向蓄電池充電的電力可以由煤炭、天然氣、水力、核能、太陽能、風力、潮汐等能源轉化。 傳統(tǒng)電動汽車充電模式有： ① 普通充電，多為交流充電， 電壓 220V 或 380V，一次需要810 小時充滿；存在問題：需要大量的充電站，占用許多城市用地。 ③ 電池更換，時間短，能保證汽車的正常行駛；存在問題：電池組標準化比較困難，電池組心的問題就難以解決。因此，我們可以采用 無線充 電 形式 [1]。非接觸能量傳輸系統(tǒng)（感應耦合） 原副邊完