摘 要

Abstract II

第1章 结论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2电动汽车动态无线充电技术国内外研究现状 2

1.3本论文的预期目标与研究内容 4

第2章 本论文的研究方法 5

第3章 感性电源传输介绍（IPT） 6

3.3变压器型号 6

3.4 谐振电路 7

3.5谐振电路的品质因数 8

3.6谐振补偿拓扑 8

3.6.1并行拓扑 9

3.6.2系列系列拓扑结构 9

3.7 锂离子电池的充电特性 9

3.8 磁场的健康方面和规定 10

第4章 动态无线充电位置检测方法 11

4.1 DC / AC逆变器 11

4.1.1逆变器中使用的开关 13

4.1.2 栅极驱动器拓扑结构 13

4.1.3变频器损耗 13

4.2 微控制器 14

4.3 AC / DC整流器 14

4.3.1整流阶段的损失计算 16

4.3.2负载侧整流 16

4.4 电磁干扰（EMI） 16

4.5 零电压开关 17

第5章 变压器设计 19

5.1 有限元模拟 19

5.1.1变压器线圈的几何形状 19

5.1.2 COMSOL中的线圈分析 20

5.1.3计算COMSOL中的电感 20

5.1.4验证分析和模拟电感值 21

5.2线圈电阻对频率的依赖性 22

5.3线圈的分析电阻 22

5.4 场地整形和屏蔽 23

第6章 谐振电路模拟 24

6.1并行补偿 24

6.2基于COMSOL进行并行补偿的电路仿真 24

6.3串联补偿 25

6.4基于COMSOL进行串联补偿的电路仿真 25

第7章 测量和结果 28

7.1电感测量 28

7.2 标称工作点损失 29

7.3 输出功率的可控性 30

结 论 32

参考文献 32

致 谢 34

摘 要

随着近年来中国经济的高速发展，为了节约能源，减少环境污染，电动汽车受到了世界各国的大力推广。目前，由于电池容量及充电基础设施等条件的限制，充电问题成为电动汽车发展过程中而临的最主要的瓶颈问题。减少车队污染的一种方法是使其通电。电动车辆需要经常充电，带有插头的导电充电器与无线充电相比有几个缺点。本文描述了一个小型电动汽车的感应充电器的仿真和开发。

该充电器可以以87％的效率传输700-950W，以及以84％的效率传输1100-1200W。测量表明，次级线圈对损失的贡献最大。如果次级线圈的设计得到改进，效率可达90％。为了处理线圈的高漏电感，谐振电容器组与每个线圈串联放置。负载电流通过改变逆变器的占空比来调节。然而，实施自动控制需要进一步的工作。在两个线圈未对准并且间隙增加的情况下进行了测试。结果显示，100mm的错位会使总效率达到80％，这仍然是好的。

由于该系统表现出良好的性能，该技术应该可用于充电车辆，但也可应用于其他领域。

关键词：感应电能传输（IPT）；无线充电；共振；电动汽车；感应充电。

Abstract

One way to reduce pollution from the vehicle fleet is to electrify it. Electric vehicles need to be charged quite often and a conductive charger with a plug has several disadvantages compared to wireless charging. This thesis describes the simulation and development of an inductive charger to a small electric vehicle. The charger can transfer 700-950 W at an efficiency of 87 %, and 1100-1200 W at an efficiency of 84 %. Measurements shows that the most significant contribution to losses occur in the secondary coil. An efficiency of 90 % is possible if the design of the secondary coil is improved. To deal with the high leakage inductance of the coils, resonant capacitor banks are placed in series with each coil. The load current is regulated by changing the duty cycle of the inverter. Further work is however needed for implementation of automatic control. Tests has been performed where the two coils are misaligned and when the gap has been increased. Results shows that a misalignment of 100 mm will give a total efficiency of 80 % which is still good. As the system has shown good performance the technology should be viable for charging vehicles but could also be applied in other areas.

Key words: Inductive power transfer (IPT)； Wireless charging, Resonance；Electric vehicle； Inductive charging.

第1章 结论

1.1研究背景与意义

自发现电力治理以来，电力的使用稳步增加。这种增长刺激了技术的发展。在19世纪发现了电流诱发磁场的发现，并且围绕这一发现的理论被开发出来（麦克斯韦方程组）[1]。该领域的一位先驱是尼古拉特斯拉，他尝试了火花激励射频谐振变压器，并通过这种变压器在小气隙中传输功率。通过这些实验，他设法通过空气传递足够的能量来照亮白炽灯泡[2]。

多年来，感应式电力传输（IPT）已被用于充电电动牙刷和电磁炉等应用中。 IPT的进步包括感应式移动电话和摄像机充电，感应加热和电磁电路推进列车。随着更多便携式电子设备的开发，充电需求也随之增加。很多公司已经开发出自己的收费解决方案，但趋势是倾向于在所有市场上收费的标准化。使用电动汽车是减少今天大约80％的不可再生能源的世界消费量的一种方法[3]。电动车辆通常具有带有连接到电网的插头的车载充电器。这种解决方案有几个缺点，例如破坏风险，暴露在天气中，固定充电以及每次需要充电时插入充电器的不适感[4]。

感应充电具有许多有前途的特性，如易于使用，电动车辆无电缆充电以及在停止或移动过程中在道路上充电。 这是许多应用中充电和电力传输的有前途的解决方案，因为它可以轻松实现自动化和标准化。