摘 要

近年来，无线能量传输(Wireless Power Transmission, WPT)技术以其能够实现能量传输的非接触，受到学术界和工业界的广泛关注。把电动汽车和无线能量传输技术相结合，不仅可以减少污染、缓解能源短缺问题，还可以很好的解决直插式输电过程中存在的线路磨损、老化和接触不良等问题，甚至可以在汽车行驶中自动进行充电，实现智能化和人性化。感应耦合能量传输（Inductive Coupling Power Transmission, 简称ICPT）以其频率范围广、功率等级高等优点，成为应用较为成熟和广泛的一种无线输电方式。

为提高系统的功率因素及稳定性，本文针对双LCC型补偿系统的主电路特性进行研究。本文首先介绍了四种基本的补偿拓扑及其衍化的LCL和双LCC这两种拓扑，通过分析与比较，选择双LCC补偿电路拓扑。通过建立互感模型，对双LCC谐振变换器等效的互感模型进行分析，从而得出在此模型下可以获得单位功率因素的重要结论；其次，根据设计要求对双LCC谐振变换装置进行了参数的设计，并利用Matlab对双LCC型ICPT电路进行了仿真。

文章最后在实验室搭建3.3 kW 的双LCC感应耦合能量传输系统的实验平台，实验结果与理论分析及仿真结果基本一致，满足实际充电情况，验证了关于双LCC型补偿系统的主电路特性研究的正确性和实用性。

关键词：感应式磁耦合技术；电动汽车；无线充电；双LCC补偿；互感模型

Abstract

Wireless power transmission (WPT) technology and is more and more attention by academics and industries in recent years. Combining electric vehicles and wireless power transmission technology can not only reduce pollution and ease energy shortage problem, but also can solve the problems of the direct plug-in power transmission ,such as the process of wear, aging and poor contact . it can even automatically charging in the car, to realize intelligent and humanization. Among them, inductive coupled power transmission with its advantages of wide frequency and high Power level, has become a mature and widely way in wireless power transmission.

In order to improve the power factor and stability of the system, this paper research the characteristics of main circuit based on double LCC compensation system ,firstly, four kinds of basic compensation topologies and LCL topology and double LCC topology are introduced in this paper, through the analysis and comparison, finally choose double LCC compensation topology, and analysis the basic principle of full bridge double LCC type ICPT system, and then establish the mutual inductance model, after analysis of the double LCC resonant converter AC equivalent transformer model , we can obtain an important conclusion ,that is unity power factor can be obtained in this model. Secondly, according to the design requirements, the design parameters of double LCC resonant converter is carried out in MATLAB, and carry on the simulation to the double LCC ICPT system.

In the end, a 3.3 kW double LCC coupled inductive energy transmission system experimental platform is completed in the laboratory, experimental results and the theoretical analysis and the simulation results are basically the same, meet the actual charging condition, verified the correctness of the research on double LCC compensation system of main circuit characteristics .

Keywords: induction magnetic coupling technology; electric vehicle; wireless charging; double LCC compensation; mutual inductance model

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 电动汽车ICPT无线充电国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 3

1.3 补偿拓扑的研究现状 3

1.4 研究目的 4

第2章 感应耦合式能量传输技术及方案选取 5

2.1 感应耦合式能量传输技术原理 5

2.2 感应耦合式能量传输技术的充电方案比较与选择 6

2.2.1 感应式能量传输谐振变换器的补偿拓扑结构 6

2.2.2 LCL谐振变换器与双LCC谐振变换器的比较： 7

2.3 全桥双LCC型ICPT系统及其基本原理 8

2.4 线圈的选取 9

2.5 本章小结 9

第3章 ICPT电路的参数计算与仿真分析 10

3.1 双LCC谐振变换器交流等效互感模型与分析 10

3.2 ICPT电路的参数设计 13

3.2 双LCC型ICPT电路的仿真 14

3.3本章小结 17

第4章 搭建实物模型与仿真分析 18

4.1无线能量传输效率的仿真及分析 18

4.2 实验平台搭建 20

4.3实验结果 20

4.4 本章小结 22

第5章 总结与展望 24

致 谢 25

参考文献 26

附 录 28

第1章 绪论

1.1引言

电动汽车，自从问世以来，以其经济实用和环保的优点越来越受到人们的青睐。在世界能源短缺和生态文明环境保护的双重巨大压力下，各国政府都在积极出台政策推进电动汽车的发展，世界上的各大汽车厂商也都在积极大力研发电动汽车，作为我国的战略新兴产业，电动汽车的发展更是受到前所未有的关注。然而，电动汽车的充电问题成为了制约电动汽车普及的主要因素^[1]。

电动汽车的充电问题主要有两个方面，一是电动汽车动力电池的能量密度低，导致电动汽车续航不足，必须要经常进行充电；二是电动汽车充电设施不健全。