电动汽车无线充电最优控制系统研究及设计

论文摘要

发展电动汽车是节能环保和低碳经济的需求,电动汽车的充电环节至关重要。本文给出了方便快捷的无线充电技术来对电动汽车蓄电池进行无线充电。这种充电技术实现充电系统和电动汽车的无物理接触的电连接。不仅提高了充电系统的安全系数,更延长了蓄电池使用寿命。蓄电池充放电过程的优化控制技术,可以使电动汽车蓄电池充放电过程更加的快速、稳定和高效。本文对电动汽车无线能量传输系统进行了研究,分析了耦合线圈的构成、工作原理、能量传输过程以及该过程中应遵循的准则。建立了无线能量传输系统中耦合线圈的数学模型,并通过实验验证模型的正确性。系统分析了蓄电池的不同充电方法,为蓄电池充放电控制系统设计奠定了基础。给出了基于PWM脉冲式号恒压相结合的充电方案,该充电方案具有易实现、充电时间短、能耗低的特点。研究了不同类型的整流电路和DC/DC电路,确定了适合本系统的单相桥式整流电路和三相交错式Buck/Boost双向功率变换器。深入分析蓄电池充放电控制系统主电路工作流程,应用状态平均空间法,建立了DC/DC变换电路的数学模型。给出基于电流和电压的双闭环PI控制方案。在Matlab/Simulink环境下,搭建了DC/DC变换电路,实现了蓄电池充放电控制系统的双闭环PI控制。通过对蓄电池充电过程、放电过程和PI控制电路仿真实验,验证了PI控制策略和三相交错并联技术的可行性和优越性。针对非线性、变结构的DC/DC变换器,在双闭环PI算法的基础上,进一步对蓄电池充电控制系统进行了优化。给出了PI控制与滑膜变结构控制相结合的控制策略。在Matlab/Simulink环境下进行了仿真分析,实验结果表明,该算法可以提高控制系统的控制精度,改善动态性能,增强系统自适应能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 电动汽车无线充电控制方法国内外研究现状
• 1.3 电动汽车无线充电技术国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究状况
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本课题研究内容及所做工作
• 第2章 无线能量传输系统耦合线圈建模及分析
• 2.1 无线能量传输系统理论
• 2.2 无线能量传输过程中遵循的准则及电路原理图
• 2.3 耦合线圈电路建模及仿真分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 电动汽车蓄电池充电方法
• 3.1 蓄电池传统的充电方法
• 3.1.1 恒定电压充电法
• 3.1.2 恒定电流充电法
• 3.2 蓄电池快速充电方法
• 3.2.1 二阶段式充电法
• 3.2.2 三阶段式充电法
• 3.2.3 脉冲充电法
• 3.2.4 变电流间歇式充电法
• 3.3 本文充电装置的控制方案
• 3.4 本章小结
• 第4章 充放电控制系统主电路设计
• 4.1 整流电路的拓扑结构
• 4.1.1 电容滤波的单相不可控整流电路
• 4.1.2 单相桥式全控整流电路
• 4.1.3 单相桥式全控整流电路仿真分析
• 4.2 DC/DC变换器的拓扑结构
• 4.2.1 Buck/Boost双向功率变换器
• 4.2.2 隔离型双向全桥DC/DC变换器
• 4.2.3 三相Buck/Boost双向功率变换器
• 4.3 蓄电池充放电控制系统主电路工作流程分析
• 4.3.1 流程分析
• 4.3.2 充电过程分析
• 4.3.3 放电过程分析
• 4.4 充放电控制系统主电路的建模
• 4.4.1 状态空间平均法
• 4.4.2 蓄电池控制系统的DC/DC模型系统的工作原理
• 4.4.3 基于状态空间平均法DC/DC变换器模型的建立
• 4.5 本章小结
• 第5章 蓄电池充放电控制
• 5.1 控制策略的选择
• 5.2 PID控制算法
• 5.3 蓄电池充放电控制系统PI控制策略的实现
• 5.3.1 Buck/Boost双向变换器电压环、电流环的设计
• 5.3.2 Buck/Boost三重化双向DC/DC变换器控制方案
• 5.4 蓄电池充放电控制仿真实验及结果分析
• 5.4.1 蓄电池充放电控制系统仿真结构框图
• 5.4.2 蓄电池充电控制系统充电模式仿真实验
• 5.4.3 蓄电池放电控制系统放电模式仿真实验
• 5.5 基于滑模变结构方法的充电过程控制
• 5.5.1 滑模控制器设计原理
• 5.5.2 变换器的滑模控制
• 5.5.3 变换器的滑模恒频控制
• 5.5.4 滑模控制器对充电过程优化效果仿真分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表过的论文