基于分段導(dǎo)軌模式的電動車無線供電技術(shù)關(guān)鍵問題研究.pdf

1、隨著全球化石燃料的日益緊缺和自然環(huán)境的不斷惡化，被視為綠色交通工具的電動車再次登上了歷史的舞臺，正受到社會各界的廣泛關(guān)注。然而，目前電動車普遍采用的傳導(dǎo)充電方式存在諸多問題，如充電電流大（尤其是在快速充電模式下），使得接插件非常笨重而且嚴(yán)重影響環(huán)境的美觀性；充電時(shí)需要先停車，再將充電機(jī)上的充電電纜連接至電動車的充電接口，使得操作繁瑣且費(fèi)時(shí)費(fèi)力；由于插座和插頭之間存在機(jī)械摩擦，長期使用后可能導(dǎo)致接觸不良，影響充電效果且容易產(chǎn)生電火花；在電

2、纜老化、雨雪等惡劣天氣、充電結(jié)束后忘記拔除接插件以及不小心拉扯到充電電纜等情況下，容易引起漏電，進(jìn)而引發(fā)安全事故。另外，受當(dāng)前動力電池技術(shù)發(fā)展水平的制約，電動車本身還存在電池組所占空間大、續(xù)航里程短、一次充電時(shí)間長以及充電頻繁等問題。這些都成為了制約電動車發(fā)展與推廣的瓶頸問題。
　　基于電磁感應(yīng)耦合原理的電動車動態(tài)無線供電技術(shù)借助感應(yīng)耦合電能傳輸技術(shù)，電能通過埋在路面下的能量導(dǎo)軌或線圈陣列以無線的方式實(shí)時(shí)傳送給車載儲能電池組或電機(jī)

3、，實(shí)現(xiàn)從路面直接給電動車在線供電，從而使電動車少搭載甚至無需搭載儲能電池組、延長續(xù)航里程、提高電能供給的便捷性和安全性。
　　在動態(tài)無線供電系統(tǒng)中，為了給電動車提供足夠的電能補(bǔ)給，通常需要鋪設(shè)長達(dá)數(shù)公里甚至數(shù)十公里的能量發(fā)射導(dǎo)軌。如何通過對導(dǎo)軌模式的研究并引入相關(guān)的優(yōu)化技術(shù)，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、高效性和經(jīng)濟(jì)性，是亟待解決的重要問題。另外，負(fù)載大小具有明顯的動態(tài)性和隨機(jī)性，拾取線圈與發(fā)射導(dǎo)軌相對位置的不確定性而引起的耦合參數(shù)變化也

4、更加突出，如何提高系統(tǒng)對這些參數(shù)變化的適應(yīng)能力，從而保證車載端輸出功率的穩(wěn)定性，也是亟待研究和解決的重要難題。
　　本文重點(diǎn)從供電導(dǎo)軌模式與優(yōu)化技術(shù)以及車載端輸出功率控制兩個(gè)方面展開研究，分析并研究了電動車動態(tài)無線供電技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)理論；研究了電動車動態(tài)無線供電系統(tǒng)的導(dǎo)軌模式，提出一種高頻高壓配電-低壓恒流激勵的新型分段供電導(dǎo)軌模式，并基于一種適用于該導(dǎo)軌模式的電能變換拓?fù)?，研究了系統(tǒng)的能效特性和非線性行為；建立了分段供電導(dǎo)軌系統(tǒng)

5、的非線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，并引入改進(jìn)型粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行分析；研究了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車載端輸出功率控制策略，設(shè)計(jì)了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　本文主要有以下幾點(diǎn)創(chuàng)新性貢獻(xiàn)：
　　1.針對集中供電導(dǎo)軌模式存在的傳輸效率低、系統(tǒng)對參數(shù)變化非常敏感等問題，提出一種高頻高壓配電-低壓恒流激勵的新型分段供電導(dǎo)軌模式，并研究一種適用于該導(dǎo)軌模式的電能變換拓?fù)?，對其原級?qū)動系統(tǒng)所表現(xiàn)出來的非線性行為進(jìn)行分析，為系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)提供

6、了理論依據(jù)。
　　2.針對分段供電導(dǎo)軌模式的連續(xù)切換供電和導(dǎo)軌規(guī)劃問題，提出一種基于磁場近似原理的換流策略及實(shí)現(xiàn)方法，提高了相鄰導(dǎo)軌段切換供電過程中拾取功率的穩(wěn)恒性，降低了對功率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的性能要求；并建立了分段供電導(dǎo)軌的非線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，引入改進(jìn)型粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行分析，得到了較優(yōu)的規(guī)劃結(jié)果。
　　3.針對拾取線圈與發(fā)射導(dǎo)軌相對位置的隨機(jī)性和不確定性引起系統(tǒng)耦合參數(shù)變化，從而導(dǎo)致車載端輸出功率極不穩(wěn)定的問題，提出一種基于神