電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)PPT課件

2020/5/25，1，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)概述，組長(zhǎng)：組員：曾金華，任遠(yuǎn)，遲浩，邁克，徐策，李，DSP課外研究課題，2020/5/25，2，主要內(nèi)容，2020/5/25，3，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的研究背景，中國(guó)新能源汽車政策進(jìn)程，2020/5/25，4、電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)研究背景，新能源汽車(乘用車、輕型商用車)示范推廣補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)(萬元/車)，2020/5/25，5，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)研究背景，10米以上城市公共汽車示范推廣補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)(萬元/車)，2020/5/25，6，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的研究背景，傳統(tǒng)汽車與純電動(dòng)汽車節(jié)能減排對(duì)比的研究背景，2020/5/25，7、燃料電池技術(shù)瓶頸：1。H2的制造、儲(chǔ)存和運(yùn)輸問題。2.催化劑選擇困難，成本太高。目前，純電動(dòng)汽車大多是發(fā)展中的電動(dòng)汽車，電動(dòng)汽車的研究背景和電動(dòng)汽車的無線充電技術(shù)，2020/5/25，2020/8，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的研究背景，傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的充電方式及其存在的問題，2020/5/25，2020/9，同時(shí)充電的車輛數(shù)量有限，室外有線充電堆脆弱，專用充電站建設(shè)占用大量土地。摘要：采用無線充電模式，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的研究背景，充電樁充電模式的不足及其解決方案，2020/5/25，10，電動(dòng)汽車充電站和充電樁，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)研究背景，2020/5/25，11，無線充電站，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)研究背景，2020/5/25，12，無線充電停車場(chǎng)，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)研究背景，2020/5/25，13、電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的工作原理，無線充電的發(fā)展歷史邁克爾法拉第在19世紀(jì)30年代發(fā)現(xiàn)，周圍磁場(chǎng)的變化會(huì)在電線中產(chǎn)生電流。2.19世紀(jì)90年代，愛迪生光譜輻射能研究項(xiàng)目的助手尼古拉特斯拉提出了無線電力傳輸?shù)南敕ā?.幾年前，香港城市大學(xué)電子工程系的徐淑媛教授成功開發(fā)了“無線電池充電平臺(tái)”。它要求產(chǎn)品與充電器接觸。它主要利用近場(chǎng)電磁耦合原理。4.2007年，麻省理工學(xué)院的MarinSoljacic等人在無線電力傳輸方面取得了新的進(jìn)展。他們點(diǎn)燃了一個(gè)60瓦的燈泡，電源離地面兩米遠(yuǎn)。最近，幾家公司生產(chǎn)了無線充電手機(jī)、mp3播放器和便攜式電腦。2020/5/25，14、電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的工作原理，無線傳輸，同頻共振耦合現(xiàn)象，電流振蕩：7 MHz范圍：1米傳輸效率：80%，2020/5/25，15、電子產(chǎn)品充電，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的工作原理，松下產(chǎn)品，無線電源聯(lián)盟，2020/5/25，16，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的工作原理，磁共振型，無線電波型，三種無線充電模式，2020/5/25，17、電磁感應(yīng)式充電，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的工作原理，電磁感應(yīng)初級(jí)線圈產(chǎn)生一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級(jí)線圈時(shí)鐘中產(chǎn)生一定電流，從而將能量從發(fā)射端傳遞到接收端，2020/5/25，18，電磁感應(yīng)式充電系統(tǒng)及應(yīng)用框圖，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的工作原理，2020/5/25，19、無線電波充電和電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的工作原理，基本原理類似于早期使用的晶體接收器，主要由微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成。如圖所示，接收電路可以捕獲從墻壁反彈回來的無線電波能量，并在隨負(fù)載調(diào)整時(shí)保持穩(wěn)定的DC電壓。Powercast開發(fā)了一種接收設(shè)備，2020/5/25，21、磁場(chǎng)共振充電應(yīng)用，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的工作原理，2020/5/25，22，三種充電模式的比較，2020/5/25，23、電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)和原理圖，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的工作原理，該系統(tǒng)由位于車外的主電路和位于車內(nèi)的次級(jí)電路、整流器和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。通常在充電時(shí)，帶有扁平鐵芯的初級(jí)線圈，即耦合器，被手動(dòng)插入次級(jí)鐵芯的間隙中，以便能量可以從布置在底層的初級(jí)電路傳遞到電池。2020/5/25，24、電動(dòng)汽車無線充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理圖，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)工作原理，2020/5/25，25日，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)應(yīng)用實(shí)例，感應(yīng)充電觀光巴士，韓國(guó)首爾一家游樂園試運(yùn)行新型電車。這種有軌電車在鋪有感應(yīng)條的路面上行駛時(shí)，可以“無線”充電，這與傳統(tǒng)有軌電車不同，傳統(tǒng)有軌電車需要通過軌道或架空電線獲得電力。2020/5/25，26歲的印度無線充電車(REVANXG)是電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)例子，REVANXG是一款雙門跑車，帶玻璃車頂，最高時(shí)速為130公里，每次充電的連續(xù)行駛速度為200公里。該車預(yù)計(jì)將于2011年上市。2020/5/25，27、日產(chǎn)魔方電動(dòng)車，電動(dòng)車無線充電技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例，采用電磁感應(yīng)方式，在供電線圈和受電線圈之間供電。一個(gè)受電線圈裝置安裝在車輛底盤上，另一個(gè)供電線圈裝置安裝在地面上。當(dāng)電動(dòng)車行駛到供電線圈裝置時(shí)，受電線圈可以接收供電線圈的電流，從而給電池充電。目前，該套裝置的額定輸出功率為10kW，普通電動(dòng)汽車可在7-8小時(shí)內(nèi)完成充電。2020/5/25，28、電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例、日本無線充電混合動(dòng)力公交車、電磁感應(yīng)式和供電線圈嵌入在充電平臺(tái)的混凝土中。汽車安裝在充電平臺(tái)上后，當(dāng)汽車線圈與電源線圈對(duì)齊(重疊)時(shí)，汽車儀表板上的指示燈將點(diǎn)亮，駕駛員按下充電按鈕開始充電。2020/5/25，29，電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例，日本無線充電混合總線結(jié)構(gòu)，2020/5/25，基于電磁感應(yīng)原理的非接觸電能傳輸系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。新型感應(yīng)耦合非接觸電能傳輸系統(tǒng)主要由三大部分組成，即能量傳輸端、非接觸變壓器和能量接收端。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。能量傳輸端主要由整流濾波電路、高頻逆變器和控制電路(調(diào)節(jié)逆變器頻率和脈寬)組成。它的主要功能是產(chǎn)生交流電，并通過一個(gè)獨(dú)立的電力變壓器將其傳輸?shù)侥芰拷邮掌鳌Ｄ芰拷邮斩伺c變壓器的次級(jí)相連，具有運(yùn)動(dòng)靈活的特點(diǎn)。能量接收端由輸出整流濾波環(huán)節(jié)和控制電路組成，提供負(fù)載所需的電能。發(fā)射器和接收器相對(duì)獨(dú)立(無機(jī)械和電氣連接)，但磁場(chǎng)通過非接觸式變壓器的耦合具有能量相關(guān)性。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，工頻交流電在輸入端被整流和濾波，然后由逆變器轉(zhuǎn)換成高頻交流電，提供給變壓器的初級(jí)繞組。輸入能量經(jīng)變壓器電感耦合后，次級(jí)端口輸出高頻電流，并根據(jù)負(fù)載的具體要求調(diào)整接收能量以滿足負(fù)載的要求。2020/5/25，31、DSP課外研究課題，首先，在非接觸電能傳輸系統(tǒng)中的拓?fù)溥x擇中，高頻變壓器的一次和二次繞組是分開的，這導(dǎo)致了較大的漏電感，從而導(dǎo)致電路中較大的功率損耗、器件應(yīng)力和開關(guān)損耗。為了解決這些問題，使用泄漏的諧振變換器被設(shè)計(jì)成，2020/5/25，32，2，非接觸式變壓器模型分析，2.1補(bǔ)償前非接觸式變壓器模型分析，2020/5/25，33，2，補(bǔ)償后的非接觸式變壓器模型分析，2.2對(duì)于普通變壓器，由于初級(jí)和次級(jí)耦合更好，初級(jí)和次級(jí)漏電感都很小，可以忽略不計(jì)。從等式(3)可以看出，系統(tǒng)的電抗分量很小，并且輸出電壓與負(fù)載無關(guān)。然而，對(duì)于非接觸式變壓器，由于空氣間隙大、耦合差以及初級(jí)和次級(jí)漏電感大，系統(tǒng)的輸出電壓和輸出功率相應(yīng)降低。為了提高系統(tǒng)的傳輸性能和效率，可以對(duì)次級(jí)進(jìn)行補(bǔ)償。具體方法包括二次串聯(lián)電容補(bǔ)償和并聯(lián)電容補(bǔ)償。圖4示出了次級(jí)串聯(lián)電容器補(bǔ)償電路。2020/5/25，34、DSP課外研究課題，以上是一般分析，如果用于串聯(lián)諧振半橋變換器電路，還應(yīng)考慮開關(guān)管的初級(jí)串聯(lián)諧振電容和寄生電容。2020/5/25，35、非接觸式變壓器設(shè)計(jì)，非接觸式變壓器設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分。經(jīng)過一次諧振和二次補(bǔ)償，解決了一次和二次漏電感對(duì)系統(tǒng)功率傳輸?shù)挠绊憽Ｏ到y(tǒng)次級(jí)的輸出僅與初級(jí)的電壓和匝數(shù)比有關(guān)。(1)非接觸感應(yīng)輸電系統(tǒng)中松耦合變壓器鐵心材料的選擇一般有以下要求：高磁導(dǎo)率；(2)具有小矯頑力的窄磁滯回線；(3)電阻率較高；足夠的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度；(5)磁損率應(yīng)??；居里溫度應(yīng)更高?？偟膩碚f，鐵氧體、鐵鎳軟磁合金和非晶合金能夠滿足非接觸感應(yīng)輸電系統(tǒng)對(duì)變壓器鐵心材料的要求。從性能上看，非晶合金的整體性能優(yōu)于其他軟磁材料，非晶合金中的鐵基微晶是最好的磁性材料。(2)氣隙尺寸氣隙尺寸是影響松耦合變壓器耦合系數(shù)的關(guān)鍵因素之一。在非接觸感應(yīng)輸電系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)變壓器氣隙的大小和變化范圍選擇合適的變壓器結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)，使變壓器在規(guī)定的氣隙變化范圍內(nèi)能夠保證較小的耦合系數(shù)變化，保持較高的耦合系數(shù)，有利于系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和效率的提高。2020/5/25，36，4?？刂撇呗浴Ｆ胀ò霕虼?lián)諧振ZVS變換器一般采用PFM控制策略。輸出電壓由光耦合器隔離，電壓信號(hào)反饋給控制電路。控制電路根據(jù)反饋的電壓信號(hào)調(diào)整其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，從而改變開關(guān)管的導(dǎo)通，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。然而，在電感耦合非接觸電力傳輸系統(tǒng)中，初級(jí)和次級(jí)是完全分離的，這即使通過光耦合隔離也是不可接受的。此外，由于非接觸電能傳輸系統(tǒng)的漏感較大，頻率變化會(huì)對(duì)補(bǔ)償效果產(chǎn)生很大影響?；谏鲜隹紤]，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的控制方案在初級(jí)側(cè)固定控制信號(hào)的頻率和導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)初級(jí)開關(guān)管的ZVS軟開關(guān)，并通過Buck型降壓電路實(shí)現(xiàn)最佳補(bǔ)償效果。次級(jí)采用脈寬調(diào)制控制的降壓式降壓電路來調(diào)節(jié)輸出電壓，以滿足負(fù)載的需求。由于采用兩級(jí)控