具有反馈调节功能的电动汽车无线充电关键技术研究

中图分类号：TM464论文编号：102870114-S112学科分类号：080402硕士学位论文具有反馈调节功能的电动汽车无线充电关键技术研究研究生姓名孔杰学科、专业测试计量技术及仪器研究方向无线充电技术指导教师陈仁文教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一三年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonWirelessChargingTechnologywithwirelesschargingfeedbackregulationfunctionforElectricVehicleAThesisinMeasurementandTestingTechnology&InstrumentsbyKongJieAdvisedbyProfessorChenRen-WenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2013承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文I摘要电动汽车采用无线充电技术对蓄电池进行供电有诸多益处。无线充电系统利用松耦合变压器进行电能的非接触式传输。本文针对电动汽车无线充电要求，设计了一套闭环控制的电磁感应式电能传输系统，并对影响系统传输效率的主要因素进行了分析。本文对松耦合变压器的传输特性进行了分析。分析了松耦合变压器的拓扑结构，并在此基础上设计了符合要求的机械模型。针对松耦合变压器漏感较大的情况，分析了各种补偿容抗结构。利用松耦合变压器等效电路模型，分析了系统频率对传输效率的影响。利用松耦合变压器等效磁路模型，分析了磁芯空间位置对传输效率的影响，并且利用电磁仿真软件Ansoft进一步验证了分析的结果。为提高传输效率，本文设计了基于SG3525的双闭环反馈控制电路，并设计了基于NE555的过流保护电路。利用控制电路电流环反馈设计了原边侧电流反馈电路，利用控制电路电压环反馈设计了负载侧电压反馈电路。针对电压反馈信号的无线传输要求，设计了基于NRF24LE1无线信号传输电路。本文利用设计完成的松耦合变压器和无线充电电路，完成了系统传输实验。实验证明系统传输能力稳定。在理想传输条件下，传输效率达到80%左右，在设计的工作范围内，传输效率也能达到50%以上。通过实验验证了，系统频率和磁芯空间位置对系统传输效率影响的规律，基本符合理论分析的结论。关键词：非接触能量传输，松耦合变压器，补偿容抗，脉冲宽度调节，双闭环反馈系统电动汽车无线充电技术研究IIABSTRACTTheelectricvehiclewhichuseswirelesschargingtechnologytosupplypowerforthebatteryhasmanybenefits.Thechargingsystemcompletestheinductionpowertransmissionwithlooselycoupledtransformer.Tomeettherequirementofwirelesschargingtechnologyforelectricvehicle,thispaperdesignsacontactlessinductivecoupledpowertransfersystem,andanalyzesthemainparametersforaffectingthetransmissionefficiencyofthesystem.Paperanalyzesthetransmissioncharacteristicsoflooselycoupledtransformer.First,paperanalyzesthetopologicstructureofthelooselycoupledtransformer,basingonthatdesigningitsmechanicalmodeltomeettherequirement.Second,fortheleakageinductanceofthelooselycoupledtransformer,paperanalyzesallkindsofcompensationcapacitances.Then,paperanalyzeshowthefrequencyofthesystemaffectsthetransmissionefficiencybasedontheequivalentcircuitmodel,andanalyzeshowtherelativepositionofthemagneticcoreaffectsthetransmissionefficiencybasedontheequivalentmagneticmodel.Finallypaperverifiestheconclusionbyusingelectromagneticsimulationsoftware,Ansoft.Toimprovethetransmissionefficiency,paperdesignsthecontrolcircuitbasedondoubleloopfeedbacksystemwhichusesofSG3525,anddesignstheovercurrentprotectioncircuitwhichusesofNE555.Theprimarysidefeedbackisdesignedbyusingthecurrentfeedbackloopofthecontrolcircuit,andloadsidefeedbackisdesignedbyusingthevoltagefeedbackloopofthecontrolcircuit.Then,paperdesignswirelesssignaltransmissioncircuitwhichusesofNRF24LE1.Paperexperimentsbyusingthelooselycoupledtransformerandwirelesschargingcircuit.Theexperimentshowsthat:thesystemcantransferthepowerstably,andthetransmissionefficiencycanreach80%undertheidealconditions,alsocanreach50%underthescopeofdesign.Theexperimentalresultsverifythattheconclusions,howthefrequencyofthesystemandtherelativepositionofthemagneticcoreaffectthetransmissionefficiency,accordwiththetheoreticalanalysis.Keywords:inductionpowertransmission,looselycoupledtransformer,compensationcapacitance,pulsewidthmodulation,doubleloopfeedbacksystem南京航空航天大学硕士学位论文III目录第一章绪论......................................................................................................................................11.1引言..............................................................................................................................................11.2无线充电技术的研究现状和发展趋势.......................................................................................21.2.1无线充电技术的研究现状....................................................................................................21.2.2无线充电技术的发展趋势....................................................................................................41.3本文的研究意义与内容...............................................................................................................51.3.1本文的研究意义....................................................................................................................51.3.2本文的研究内容....................................................................................................................6第二章无线充电系统松耦合变压器研究与分析...............................................................................82.1松耦合变压器总体设计...............................................................................................................82.2松耦合变压器的拓扑结构分析及机械设计...............................................................................82.2.1松耦合变压器的拓扑结构分析............................................................................................82.2.2松耦合变压器的机械设计..................................................................................................102.3松耦合变压器的电路模型分析................................................................................................