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电动汽车无线供电系统导轨切换的检测和控制

A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Professional Degree

【作 者】徐勇

【摘 要】

作为绿色交通的电动汽车近年来受到了世界各国的高度重视,不过受制于当前的电池技术,续航短和充电难的问题大大地阻碍了电动汽车的推广。在此背景下,近年来以 ICPT 技术为基础的电动汽车无线供电技术得到了众多高校和研究机构的重视,该技术通过埋在路面下的能量发射导轨(线圈)以无线的方式实时为电动汽车提供能量,从而使得电动汽车无需配置电池或者配置很少的电池就能大大提高续航。在电动汽车无线供电系统中,为了提高系统能效,能量发射导轨一般采用分段式设计,系统只对车辆所在导轨进行供电,这样就要求系统能够感知运动中的电动汽车的位置,从而选择正确的导轨进行供电。

本文以实现电动汽车无线供电示范系统为目标,主要从车辆位置的检测和导轨切换控制两方面展开工作,具体工作如下:

阐述了电动汽车无线供电技术的研究现状,给出了电动汽车无线供电示范系统总体构成,并在此基础上对系统进行需求分析。在分析目前的电动汽车无线供电系统中的车辆位置检测方案导轨切换控制方案的基础上,提出了一种双线圈位置系统与对应的导轨切换控制方案。
结合理论推导和仿真证明了双线圈位置检测方法的可靠性,接着从检测信号的发射电路、发射与接收线圈、信号接收处理电路三方面对位置检测装置进行了设计。其中针对信号发射电路的软开关设计给出了一种基于锁相环的固定超前补偿时间电路,克服了传统 C-R 超前补偿电路超前时间调节范围窄,且随频率变化而变化的弊端;在信号线圈设计方面,为了满足抗偏移指标,通过 MAXWELL 仿真和 MATLAB 分析给出了一种合适的线圈尺寸;信号接收处理电路主要由带内部模数转换器的单片机完成,降低系统成本的同时增加了系统的可靠性和可维护性。

在导轨切换控制方面,给出了一种兼顾能效特性和系统成本的简化型混合导轨配电模式,在此模式基础上,根据检测到的位置信号设计出一种能够识别车辆行驶方向并实时控制各段能量发射导轨的接入或切出的控制程序,并给出切换控制相关电路中的重要设计细节。

最后搭建了位置检测和切换控制相关电路,完成了相关控制程序的设计,验证了前述分析和设计的正确性,并通过系统联调实现了电动汽车无线供电示范系统中车辆位置检测和导轨切换控制。

【关键词】电动汽车;无线供电;导轨切换;位置检测;软开关;线圈设计

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