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方便、智能、高效的电动汽车无线充电具有巨大的发展前景,而给行驶中的电动汽车进行无线充电的行车充电技术则更是未来重要的发展方向。行车充电可以大幅降低电池容量、延伸续航里程,促进电动汽车产业发展,更能推动未来的交通电气化和智能化转型。为掌握行车无线充电关键技术,本论文系统深入地研究了线圈阵列供电的行车无线充电系统的充电原理、线圈设计、电路设计、工作特性和控制方法,具体开展了以下工作: 首先,在行车无线充电原理方面,基于电磁感应定律和互感模型研究了恒定参数无线能量传输系统的输出特性,分析了系统获得理论最高效率的阻抗条件;结合电动汽车行车无线充电过程中互感参数周期性变化的工作特点,提出了采用时变参数无线能量传输单元来描述行车充电系统的分析方法;研究了电动汽车行驶速度对行车充电系统输出特性的影响,进而对时变参数无线能量传输单元的电路方程进行了简化,然后通过类比法推出了行车充电系统输出功率和传输效率的表达式;提出了无线能量传输单元的空间均方根互感概念,并据此推导得出了使行车充电系统获得理论最高平均效率的最优阻抗。 其次,在系统线圈设计方面,归纳了Litz线线圈交流电阻的估算方法,提出了结合有限元仿真与电气参数评估计算的行车充电系统地面端充电轨段单元的设计方法;以十字路口低速行车充电这一典型应用场景的1∶10模型系统作为典型设计案例详细介绍了所提出的设计方法;通过对比多套不同的设计方案研究了发射线圈纵向尺寸和数目对行车充电系统自身线圈参数以及关键电气性能参数的影响;搭建了平均功率为3.0kW、传输距离为10.5cm、发射线圈的横向宽度仅为27cm的行车充电系统实验平台。 此外,在系统电路设计方面,对比研究了电动汽车无线充电系统常用的四种单电容阻抗匹配网络以及T型阻抗匹配网络的阻抗特性和适用场合;选择了T型匹配网络家族中的LCC阻抗匹配网络作为行车充电系统的阻抗匹配电路;提出了车载端LCC和地面端LCC阻抗匹配网络的参数设计方法;车载端参数设计以匹配行车充电系统最优阻抗为设计准则,地面端参数设计以同时满足线圈电流条件和逆变器零电压开关(ZVS)条件为设计准则;根据所提出的参数设计方法设计了满足相同设计要求的两套LCC阻抗匹配网络,分别开展了充电实验,两套匹配网络各获得了90.9%、91.3%的轨段平均效率和2.28kW、2.34kW的平均功率;两组行车充电实验的功率曲线及效率曲线几乎完全重合,线圈电流实测值与设计值的平均误差为2.2%,验证了LCC阻抗匹配网络设计方法的准确性和有效性。 然后,在工作特性方面,深入研究了行车充电系统工作轨段对相邻静息轨段造成的影响——邻间作用。分析了行车充电系统工作过程中静息轨段逆变器的工作特性并对其进行了电路解耦,在此基础上推导了邻间作用产生的静息轨段发射线圈电流和静息轨段逆变器直流母线电压的表达式;研究了线圈阵列供电的行车无线充电系统特有的发射线圈自感微变现象对邻间作用的影响;通过搭建的行车充电实验平台验证了对邻间作用的定量分析;提出了考虑充电轨段邻间作用的地面端LCC阻抗匹配网络参数选取准则。 最后,在行车充电系统的切换控制方面,分析了电动汽车在两相邻充电轨段之间的过渡区域行驶时系统的瞬时输出功率、效率以及反向整流母线电压随汽车位置的变化规律,在此基础上研究了切换位置(时机)对过渡区域内系统平均输出功率和平均效率的影响;通过数值仿真和平台实验研究了切换瞬间轨段逆变器、收发线圈以及负载电流的暂态响应过程,并深入分析了决定冲击电流峰值高低的关键因素;进而综合考虑行车充电系统的稳态性能和暂态性能提出了两套最佳充电轨段切换方案,在搭建的行车充电实验平台上进行了切换实验,分别获得了负载电流(输出功率)平稳过渡、母线电压平稳切换的效果。