電動汽車無線供電電磁耦合機構能效特性及優(yōu)化方法研究.pdf

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。目前電動汽車普遍采用導線接入的充電方式，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。感應耦合電能無線傳輸(IPT)技術能夠實現電能從電網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，此外還可以實現為公路上行駛狀態(tài)的電動汽車進行實時能量供給，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、中遠距離、穩(wěn)定性強的電磁耦合機構是實現電動汽車無線供電的基礎及關鍵環(huán)節(jié)。根據電動汽車的運行狀態(tài)，其無線供電方式分為兩種形式，當電動汽車靜止時，稱之為駐車靜態(tài)無線充電，當電動汽車行駛時，為不停車動態(tài)無線供電。本文重點針對電動汽車無線供電電磁耦合機構的結構設計、能效特性及參數優(yōu)化方法三方面展開研究，并在實際系統中驗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、統的電磁耦合機構結構研究
　　電動汽車無線供電需電磁耦合機構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構的結構設計研究。首先針對靜態(tài)無線充電系統，設計大功率、高效率、高拾取自由度的電磁耦合機構結構。針對動態(tài)無線供電系統，設計大功率、高效率、導軌換流時電壓平穩(wěn)過度的電磁耦合機構結構。由于電動汽車無線供電系統中，其拾取機構的位置隨機性較大，且易受人為操作干擾，因此主要從結構上進行研究，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、導軌交流阻抗較大導致的耦合效率較低問題。級聯多級導軌模式能夠很大程度上降低交流阻抗，因此從能量發(fā)射導軌的結構出發(fā)，重點研究級聯多級供電模式下導軌的結構設計方法，解決導軌換流過程中拾取電壓的穩(wěn)定性問題。
　　②電磁耦合機構的電氣參數建模
　　電磁耦合機構的電氣參數模型需表征電磁耦合機構與系統能效特性之間的聯系，由于耦合模模型

5、能夠反映能量在電磁耦合機構之間的傳遞過程，且能夠實現機構與系統之間的電氣關系描述。因此，研究電磁耦合機構電氣參數的耦合模模型，通過模型分析電磁耦合機構對 IPT系統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行分析，闡述了其在電磁耦合機構設計過程中的優(yōu)勢。
　?、垭姶篷詈蠙C構NLP建模及參數優(yōu)化方法研究
　　在電氣參數模型的基礎上，研究電磁耦合機構結構參數(主要為線圈匝數、尺寸)與系統能效特性之間的函數關系，并由此建

6、立電磁耦合機構參數優(yōu)化的非線性規(guī)劃(NLP)模型。由于在系統中，電磁耦合機構參數優(yōu)化涉及較多的變量及約束，因此其NLP模型存在多目標多約束。為此，引入交叉熵算法對參數優(yōu)化問題進行處理，并基于Pareto前沿的思想，將CE改進為基于Pareto最優(yōu)的CE改進算法。此外，利用拉丁超立方抽樣進行種群初始化，通過自適應罰函數法進行約束處理，改進算法的排序規(guī)則，從而增強交叉熵算法的MOP處理能力，保證參數優(yōu)化的全局性。
　　本文主要的創(chuàng)新點

7、如下：
　?、籴槍﹄姶篷詈蠙C構性能評判與參數設計問題，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，建立結構參數與IPT系統能效特性之間的函數模型，克服了參數設計中的盲目性和局部性。
　?、卺槍﹄妱悠嚐o線供電系統電磁耦合機構空間特性的提升問題，基于電磁耦合機構的結構磁場分布特性，提出了一類滲透型導軌結構及一種DLDD型線圈結構，分別有效地解決了動態(tài)無線供電導軌換流拾取電壓失壓的問題及靜態(tài)