电动汽车无线充电系统中动态阻抗匹配方法的研究

论文摘要

针对电动汽车传统接触式充电方法存在的安全隐患及不便利问题,产生了无线电能传输技术。无线电能传输技术与传统接触式充电方式相比较,具有明显的灵活、方便的优点。影响无线电能传输效率的因素有很多,包括耦合因数的大小,传输过程中的频率稳定性,电磁兼容,阻抗匹配等问题。本文主要研究了无线电能传输系统中对传输效率影响较大的阻抗匹配问题,相对传统的阻抗匹配技术,本文中的动态阻抗匹配系统能对动态的负载做到实时、快速、稳定的匹配,提高无线电能传输效率,使功率传输最大化。本文对等效电源端和电动汽车电池负载端的阻抗特性进行了分析,重点研究了后者,建立改进型的蓄电池等效电路模型,在此基础上推导了蓄电池等效数学模型,并利用Matlab/Simulink仿真软件进行仿真得出蓄电池阻抗的动态变化曲线。在深入理解阻抗匹配原理的基础上,利用Smith圆图进行了静态阻抗匹配分析,对常用阻抗匹配网络进行了改进,搭建了新型r型匹配网络,对其参数变化范围进行了估算。设计了动态阻抗匹配系统,该系统由中央处理模块、可变参数调节模块和反射系数检测模块组成,在可变参数调节模块中引入步进电机控制,并将参数位置信息送入中央处理模块。提出了一种可以同时检测反射系数模值和相位的方案,应用于反射系数检测,提高了整个系统的匹配速度。深入研究了动态阻抗匹配的优化算法,包括坐标轮换法、最速下降法、模拟退火算法和粒子群算法,针对这几种算法的不足,采用新型优化算法进行自动阻抗动态匹配。实验结果表明,论文所设计的阻抗匹配系统可实现阻抗动态自适应匹配。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 电动汽车无线充电的意义
• 1.1.2 动态阻抗匹配的意义
• 1.2 动态阻抗匹配技术发展现状
• 1.3 电动汽车电池的研究和应用现状
• 1.4 课题研究的目的
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 电动汽车无线充电系统的阻抗分析
• 2.1 无线充电电源端阻抗特性
• 2.2 负载端电池的阻抗特性
• 2.2.1 锂电池的阻抗特性
• 2.2.2 铅酸蓄电池阻抗特性
• 2.3 铅酸蓄电池等效电路模型的选择
• 2.3.1 内阻模型
• 2.3.2 阻容模型
• 2.3.3 PNGV和GNL模型
• 2.3.4 改进的新型等效电路模型
• 2.4 蓄电池系统的数学模型及仿真实现
• 2.5 本章小结
• 第3章 阻抗匹配网络设计
• 3.1 阻抗匹配的概念与分类
• 3.2 阻抗匹配原理
• 3.3 Smith圆图的匹配
• 3.3.1 Smith圆图
• 3.3.2 利用Smith圆图进行静态阻抗匹配
• 3.4 阻抗匹配网络的分类及选择
• 3.4.1 变压器阻抗变换电路
• 3.4.2 电容、电感分压式电路
• 3.4.3 Γ型、T型、Π型选型匹配网络
• 3.5 改进的Γ型阻抗匹配网络及其参数估算
• 3.6 本章小结
• 第4章 动态自适应阻抗匹配系统的设计
• 4.1 动态自适应阻抗匹配系统的建立
• 4.2 动态阻抗匹配系统检测方案
• 4.3 动态阻抗匹配系统的控制方案
• 4.3.1 使用继电器开关阵列控制方案
• 4.3.2 步进电机控制方案
• 4.4 本章小结
• 第5章 阻抗匹配优化算法
• 5.1 坐标轮换法
• 5.2 最速下降法
• 5.3 模拟退火算法
• 5.4 粒子群算法
• 5.5 改进的阻抗匹配优化算法
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文