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动态无线充电系统设计与仿真文献综述

 2020-04-14 17:27:44  

1.目的及意义

为了节约能源,减少环境污染,电动汽车受到了全世界的大力推广,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面临的最主要的瓶颈问题。由于无线充电技术可以解决传统传导式充电面临的接口限制、安全问题等而逐渐发展成为电动汽车充电的主要方式。然而,静态无线充电与有线充电同样存在着充电频繁、续航里程短、电池用量大且成本高昂等问题。特别是对于电动巴士一类的公交车辆,其连续续航能力格外重要。

在这样的背景下,电动汽车动态无线充电技术应运而生,它以非接触的方式为行驶中的电动汽车实时地提供能量供给,既保留了静态无线电传输避免用电设备与电网直接连接的优点,同时又在技术上做出创新,显著提高电动汽车的续航能力,减少电池的体积,更加安全可靠。

在国外,新西兰奥克兰大学、日本东京大学、美国橡树岭国家实验室、韩国高等科学技术学院(KAIST)等国外研究团队已经对电动汽车动态无线供电相关的技术难点以及关键问题展开了一系列研究,主要集中在系统建模方法、电能变换拓扑结构、电磁藕合机构优化设计和电磁屏蔽技术等方面。

美国橡树岭国家实验室针对电动车动态无线充电的耦合机构、传输特性、介质损耗、电磁辐射展开研究,其地面发射装置采用全桥逆变和串联的两个初级绕组,实验结果表明传输功率和效率受电动汽车位置影响较大。

日本东京大学提出基于直流/直流(DC/ DC)变换器的副边最大效率控制方法,通过原边等效阻抗实时在线估计耦合系数,利用前馈控制器改变DC/DC变换器输入占空比实现最大效率控制。

意大利佩鲁贾大学的学者设计出具有不同频率通道的能量传输系统并将能量和信息进行同时传递,此外他们还提出分析计算平面螺旋线圈谐振频率的简便方法,并应用程序及软件计算线圈集总参数L。

在轨道列车的无线供电技术方面,韩国铁道研究院(KRRI)对整个轨道列车无线供电系统进行了设计研究,并做出了功率1 MW、轨道长128 m的实验装置。耦合机构采用发射端长直导轨,通过两个小U型磁芯增强稠合性能,由于轨道较民,电感较大,为减小电容电压应力,将电容分散在发射线圈中。

此外德国庞巴迪在电动汽车、有轨电车无线供电领域也处于较为领先的水平。

国内各高校、研究所也相继开展了无线电能传输技术及应用的研究工作,并于2011年10月,由中国科协资助在天津工业大学举办了“无线电能传输关键技术问题与应用前景”学术沙龙,这是国内在无线电能传输领域的第一次学术会议,随后2012年在重庆举办了“无线电能传输技术研讨会”、2013年在贵阳举办了“无线电能传输关键技术与应用学术研讨会”、2014年在南京举办了“无线电能传输技术与应用国际学术会议”、2015年在武汉举办了“无线电能传输技术及应用学术会议”,展示了国内无线电能传输技术良好的发展态势和前景。

国内几所较早开展与动态无线电能传输技术相关研究的高校主要包括东南大学、天津工业大学、重庆大学、中科院电工所、西南交通大学、哈尔滨工业大学等。这些高校前期研究主要集中在大功率电力电子电能变换与拓扑设计、磁耦合机构优化设计、系统建模优化与控制、系统复杂动力学行为分析与控制、能量和信息同步传输、负载识别与异物检测、电磁兼容与电磁屏蔽等技术方面,相关理论、技术难点以及关键问题的研究已经取得一定成果,并且已经研制出原理样机。

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