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文檔簡介
1、隨著電動汽車的日益普及,其充電難的問題也將逐漸顯現(xiàn)。目前電動汽車普遍采用導(dǎo)線接入的充電方式,這使得充電過程中存在易漏電、接插件易老化、操作繁雜等問題,且電動汽車本身存在續(xù)航里程較短、動力電池成本高等問題,這些都限制了電動汽車的發(fā)展與推廣。感應(yīng)耦合電能無線傳輸(IPT)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電能從電網(wǎng)至電動汽車的無線傳輸,從而解決充電過程中存在的諸多問題,此外還可以實(shí)現(xiàn)為公路上行駛狀態(tài)的電動汽車進(jìn)行實(shí)時能量供給,從而增加電動汽車的續(xù)航里程,降低動力
2、電池的體積。
大功率、高效率、中遠(yuǎn)距離、穩(wěn)定性強(qiáng)的電磁耦合機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)電動汽車無線供電的基礎(chǔ)及關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)電動汽車的運(yùn)行狀態(tài),其無線供電方式分為兩種形式,當(dāng)電動汽車靜止時,稱之為駐車靜態(tài)無線充電,當(dāng)電動汽車行駛時,為不停車動態(tài)無線供電。本文重點(diǎn)針對電動汽車無線供電電磁耦合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、能效特性及參數(shù)優(yōu)化方法三方面展開研究,并在實(shí)際系統(tǒng)中驗(yàn)證理論分析及研究方法的正確性。文章的具體工作如下:
?、龠m用于電動汽車無線供電系
3、統(tǒng)的電磁耦合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)研究
電動汽車無線供電需電磁耦合機(jī)構(gòu)具備良好的能效特性、空間特性以及功率密度,基于三個特性展開電磁耦合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。首先針對靜態(tài)無線充電系統(tǒng),設(shè)計(jì)大功率、高效率、高拾取自由度的電磁耦合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)。針對動態(tài)無線供電系統(tǒng),設(shè)計(jì)大功率、高效率、導(dǎo)軌換流時電壓平穩(wěn)過度的電磁耦合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)。由于電動汽車無線供電系統(tǒng)中,其拾取機(jī)構(gòu)的位置隨機(jī)性較大,且易受人為操作干擾,因此主要從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行研究,著力提升無線供電傳能空間
4、的自由度和靈活性。此外,在動態(tài)無線供電系統(tǒng)中,存在以下兩個共性問題:汽車行駛過程中拾取電壓的穩(wěn)定性問題、導(dǎo)軌交流阻抗較大導(dǎo)致的耦合效率較低問題。級聯(lián)多級導(dǎo)軌模式能夠很大程度上降低交流阻抗,因此從能量發(fā)射導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)出發(fā),重點(diǎn)研究級聯(lián)多級供電模式下導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,解決導(dǎo)軌換流過程中拾取電壓的穩(wěn)定性問題。
②電磁耦合機(jī)構(gòu)的電氣參數(shù)建模
電磁耦合機(jī)構(gòu)的電氣參數(shù)模型需表征電磁耦合機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)能效特性之間的聯(lián)系,由于耦合模模型
5、能夠反映能量在電磁耦合機(jī)構(gòu)之間的傳遞過程,且能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)之間的電氣關(guān)系描述。因此,研究電磁耦合機(jī)構(gòu)電氣參數(shù)的耦合模模型,通過模型分析電磁耦合機(jī)構(gòu)對 IPT系統(tǒng)的能效特性以及頻率特性的影響,且對耦合模模型的變量進(jìn)行分析,闡述了其在電磁耦合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的優(yōu)勢。
③電磁耦合機(jī)構(gòu)NLP建模及參數(shù)優(yōu)化方法研究
在電氣參數(shù)模型的基礎(chǔ)上,研究電磁耦合機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)(主要為線圈匝數(shù)、尺寸)與系統(tǒng)能效特性之間的函數(shù)關(guān)系,并由此建
6、立電磁耦合機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的非線性規(guī)劃(NLP)模型。由于在系統(tǒng)中,電磁耦合機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化涉及較多的變量及約束,因此其NLP模型存在多目標(biāo)多約束。為此,引入交叉熵算法對參數(shù)優(yōu)化問題進(jìn)行處理,并基于Pareto前沿的思想,將CE改進(jìn)為基于Pareto最優(yōu)的CE改進(jìn)算法。此外,利用拉丁超立方抽樣進(jìn)行種群初始化,通過自適應(yīng)罰函數(shù)法進(jìn)行約束處理,改進(jìn)算法的排序規(guī)則,從而增強(qiáng)交叉熵算法的MOP處理能力,保證參數(shù)優(yōu)化的全局性。
本文主要的創(chuàng)新點(diǎn)
7、如下:
①針對電磁耦合機(jī)構(gòu)性能評判與參數(shù)設(shè)計(jì)問題,提出基于能效特性、空間特性及功率密度的模糊綜合評判方法;并通過3D有限元仿真模型,建立結(jié)構(gòu)參數(shù)與IPT系統(tǒng)能效特性之間的函數(shù)模型,克服了參數(shù)設(shè)計(jì)中的盲目性和局部性。
?、卺槍﹄妱悠嚐o線供電系統(tǒng)電磁耦合機(jī)構(gòu)空間特性的提升問題,基于電磁耦合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)磁場分布特性,提出了一類滲透型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)及一種DLDD型線圈結(jié)構(gòu),分別有效地解決了動態(tài)無線供電導(dǎo)軌換流拾取電壓失壓的問題及靜態(tài)
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