摘要
无线电能传输技术(Wireless Power Transfer, WPT)是一种全新的电能接入方式，也是近年来研究的热门技术之一。它具有安全、灵活、高效环保的优点，在电动汽车、机器人、消费电子以及特种工业设备等行业领域发挥着不可替代的重要作用。随着工业的快速发展，自动导航车(Automated Guided Vehicle,AGV) 因其较高的自动化和智能化水平，在工业生产中发挥着重要作用，研究AGV车的无线充电技术显得十分重要而有意义。 在AGV无线充电实际运用中，由于负载锂电池的充电过程由恒流和恒压两部分组成，因此需要拓扑具备实现两种输出状态的能力，且可以在两种输出状态之间进行平稳切换。鉴于WPT系统的发射与接收线圈之间总是客观存在偏移的情况，且偏移具有随机性和不确定性，因此需要设计耦合机构提升抗偏移能力。由于AGV车身空间小，给耦合机构抗偏移设计带来局限，需要提出控制方法克服偏移带来的互感变化对输出造成的影响。 本文从系统的谐振拓扑性能分析及参数设计、耦合机构抗偏移能力分析及设计优化和输出功率控制策略三方面入手，研究解决上述问题。内容如下： ①通过分析 AGV 车无线充电技术的发展现状和实际需求，分析双边 LCC拓扑实现负载无关的恒流和恒压输出及实现 ZPA 的条件，从恒流谐振状态出发推导各参数关系，并以恒压输出及其 ZPA 状态为约束条件检验其是否满足要求。在此基础上提出补偿网络的参数设计流程。 ②针对AGV无线充电存在偏移的情况，提出双向同轴平面线圈的结构，通过有限元仿真分析其磁场分布和偏移对互感与耦合系数的影响，以获得均匀磁场分布平面为目的，分析外线圈边长和充电距离之间的关系，并采用控制变量法逐个分析各参数对抗偏移能力的影响，并提出耦合机构的设计与优化流程。 ③为了实现电池负载从恒流至恒压模式的切换，本文利用改变系统工作频率实现输出状态切换。采用移相控制策略，分别针对恒流和恒压设计 PI闭环控制回路，维持系统在发生互感或者负载变化时的稳定输出。 ④基于理论和仿真的分析验证，实际搭建2.5 KW输出功率的实验平台进行实验验证，能实现与负载无关的恒流/恒压输出，并能克服偏移给系统造成的影响，证明了本文理论分析的正确性和仿真的有效性。
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