【摘 要】
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无线电能传输技术运用于电动汽车无线供电系统（Electric Vehicle Wireless Power Transfer,EV-WPT）。为了保障无线供电系统的寿命,即平均无故障时间（Mean Time Between Failure,MTBF）,需要重点分析电动汽车无线供电系统中器件的电压电流应力。论文围绕优化以及控制器件电压电流应力方面展开,如器件稳态应力受系统中各关键装置拓扑与参数的影响
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无线电能传输技术运用于电动汽车无线供电系统（Electric Vehicle Wireless Power Transfer,EV-WPT）。为了保障无线供电系统的寿命,即平均无故障时间（Mean Time Between Failure,MTBF）,需要重点分析电动汽车无线供电系统中器件的电压电流应力。论文围绕优化以及控制器件电压电流应力方面展开,如器件稳态应力受系统中各关键装置拓扑与参数的影响、器件瞬态应力的控制等方面。EV-WPT系统能够实现非电器接触的充电,其关键部件包括地面端电能变换装置、拾取端电能变换装置、耦合机构、谐振补偿网络。其中电能变换装置和谐振补偿网络拓扑结构会直接影响器件应力;耦合机构和谐振网络中参数变化也会引起器件应力变化。就目前的研发现状来看,缺乏综合衡量无线充电系统器件稳态应力的评判标准,以及依据这些标准对各关键拓扑的合理性和优劣性进行科学判断。同时EV-WPT系统运行时存在系统参数时变性以及扰动因素等,也会引起器件电压电流应力激增,挑战系统MTBF。一方面,需要给这些系统参数进行设计及优化;另一方面,根据系统参数的时变性也需综合考虑动态控制策略实现在充电过程中各器件应力约束,同时还需满足稳定性、可实现性等方面的约束。论文的主要工作与研究内容:（1）无线充电系统中低电压电流应力拓扑确定了研究对象包括开关管、电容电感的降额设计,以此确定最优MTBF情况下的器件应力值。并分别比较了全桥逆变拓扑、半桥逆变拓扑、推挽式逆变拓扑以及E类逆变拓扑对逆变管电压应力的影响;全桥整流拓扑、半桥整流拓扑对整流管的电压应力的影响;SS谐振拓扑和LCC-LCC谐振拓扑对电容电感和开关管电流电压应力的影响。围绕耦合机构中线圈参数与谐振补偿网络中谐振参数,研究了其与器件电流电压应力之间的关系。最后选取最优拓扑和合适的参数搭建电动汽车无线充电电路。（2）电压电流应力动态控制方法提出采用移相控制的方式;根据负载动态特性分阶段功率输出,使整个充电过程中保证电路器件低应力水平;并研究了移相控制下的电路暂态过程,提出一种调整谐振参数的方法使电路处于弱感性,消除了开通时刻的尖峰电流,让整流管的瞬时电流应力保持最优状态。为满足对器件电流电压应力的实时动态控制、快速性响应的需求,选择模糊-PID算法来进行实现控制策略。本论文的创新性贡献在于:针对EV-WPT电路中谐振补偿网络拓扑,通过不同器件选取合适的降额标准,对各拓扑的优劣性进行科学判断。并提出基于模糊PID算法控制移相调节的方式,保证了EV-WPT电路在电路参数变化的情况下整个充电过程器件应力能保持在安全范围。
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