摘要
在石油能源日益短缺和环境保护愈发严厉的时代背景下，绿色环保的电动汽车成为交通领域的发展主流。当前，电动汽车一般采用固定式的有线充电方式，存在不灵活、利用率低等缺点。无线电能传输技术可以实现电动汽车的一对多、非接触、高效率充电，越来越受到研究人员的关注。 本文以电路补偿拓扑为理论基础，以提高电动汽车动态无线充电系统的传输稳定性为研究目标，对系统中补偿拓扑的选择、发射线圈切换控制方法、耦合线圈优化问题进行了研究，使得整个无线充电系统传输性能工作在最佳状态。本文的主要研究内容与贡献如下： （1）针对系统中补偿拓扑的选择问题，本文提出了一种层次化的解决方案。首先，基于松耦合变压器模型，对四种基本谐振补偿结构统一进行数学建模分析；其次，构建了四种基本补偿拓扑传输特性与系统负载关系；然后，对传输特性较好的S-S型补偿拓扑结构进行了耦合系数特性、负载特性、频率特性的分析；接着，对LCL-S型补偿拓扑展开分析，该结构具有副边映射到原边阻抗呈现纯阻性、输出恒压等优点，符合系统恒压充电补偿拓扑的选择；最后，利用仿真验证了LCL-S型拓扑结构的输出恒压特性。 （2）针对电动汽车行进中发射线圈切换所引起的输出不稳定问题，提出了一种检测原边电流控制原边发射线圈的切换方法。首先，构建了基于LCL-S型双发射单元结构，推导出其原边电压电流参数关系表达式，分析表明了流经原边补偿电感电流与线圈之间互感的相关性；其次，通过对原边电流采样来控制原边发射线圈切换；最后，通过仿真验证了所提方法能有效提升系统的输出稳定性。 （3）针对“多对单”原副边耦合线圈形状优化设计问题，提出了一种基于形状耦合性能的优化设计方法。首先，构建了不同形状耦合线圈的等效模型，通过计算得到原副边同类型与不同类型的耦合线圈之间互感函数关系表达式；其次，通过对原副边同类型与不同类型的耦合线圈在位置距离偏移情况下进行电磁仿真；随后，经过耦合性能磁云图以及偏移效果综合分析，方形-方形的耦合线圈具有更加优越的耦合性能。最后，通过实验对方形-方形的耦合线圈在副边接收线圈动态过程中与原边发射线圈之间的传输稳定性进行验证，实验结果表明该结构具有良好的耦合输出特性。
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