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1、河北工业大学硕士学位论文电动汽车动力蓄电池无线充电技术的智能化研究姓名：李昆鹏申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：杨庆新2010-11河北工业大学硕士学位论文 i电动汽车动力蓄电池无线充电技术的智能化研究电动汽车动力蓄电池无线充电技术的智能化研究 摘摘 要要 电动汽车动力蓄电池的充电技术有接触式充电和非接触式充电两种。鉴于接触式充电对环境要求比较苛刻、充电过程存在安全隐患以及工作效率较低等缺点，本文提出采用非接触式充电技术对动力蓄电池进行无线充电。通过这种充电方式最终实现充电系统和电动汽车的无物理接触的电连接，不仅有效提高充电系统的安全系数，更重要的是可以改用小容量、长寿命电池的频繁充电
2、来解决传统动力蓄电池容量问题，从而使动力蓄电池安全性更高的同时，伴随价格的大幅度降低。 本文确定以基于磁场谐振耦合原理的 WiTricity 技术实现电动汽车无线充电。首先分析 WiTricity 技术原理，进而对动力蓄电池 WiTricity 充电系统原边及副边电路分别进行结构设计和电路仿真，确定了 WiTricity 技术对电动汽车无线充电的可行性。 由于汽车运行工况复杂，必须对动力蓄电池进行实时监控，及时了解蓄电池组当前状态，优化充、放电性能，延长蓄电池使用寿命，提高使用效率和可靠性。本文以单块12V7Ah 铅酸蓄电池作为实验对象，以 51 单片机为控制核心，搭建基于蓄电池智能监测芯片
3、ds2438 的蓄电池管理系统(BMS)。该管理系统由电池信息量采集子系统和蓄电池充电控制子系统组成。蓄电池充电控制子系统根据蓄电池信息量采集子系统采集得到的蓄电池实时参数，进行充电参数的选择控制，本文以 216V70Ah 的动力蓄电池组作为分析对象，确定采用先恒流再恒压、最后涓流充电的三阶段充电方式进行动力蓄电池的无线充电，最终实现电动汽车无线充电的智能化。 关键词：关键词：电动汽车，动力蓄电池，蓄电池管理系统，无线充电 电动汽车动力蓄电池无线充电技术的智能化研究 ii INTELLIGENCE RESEARCH ON WIRELESS CHARGING OF ELECTRIC VEHICL
4、ES POWER BATTERIES ABSTRACT There are two kinds of charging technologies for electric vehicles power battery pack: contact charging and non-contact charging. As contact charging has harsher environment demands, potential hazard and the lower level efficiency,this paper adopting non-contact charging
5、to realize wireless power transmission for electric vehicle. Through this way, the charging system have no any physical connection with electric car but electrical connection, finally,improving the safety factor,what is more,we can use the small volume,long-life battery back to solve the traditional
6、 question about accumulator capacity,As a result, the safety of the batteries will be greater however the price of battery pack will be cheaper. This paper use WiTricity technology which base on the principle of magnetic fields resonant coupling to charge power batteries.This paper present the princ
7、iple of WiTricity firstly,then design and simulation the circuit of primary system and secondary circuit.In the end,we can make sure it is feasibility that applying WiTricity to EVs charging. Because of the worse operational condition of cars,we must monitor and know the conditions of battery pack r
8、ealtime,optimize charging and discharging performance,prolong the life,improve efficiency and reliability of battery pack. This paper build the Battery Management System (BMS) with one 12V 7Ah lead-acid battery, 51 SCM control core and the intelligent monitoring chip ds2438. This BMS is composed of
9、information collecting subsystem and batterys charging control subsystems. According to the result of information collecting subsystem, the batterys charging control subsystem regulate charging parameter realtime. This paper adopt three-stage charge 216V70Ah power battery pack:constant current charg
10、ing first, constant voltage charging second, trickle charging in the end.At last,we will realize the intelligence of EVs wireless charging system . KEY WORDS: electric vehicle, power battery, battery management system, wireless 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含
11、任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。 （保密的学位论文在解密
12、后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期： 导师签名： 日期：河北工业大学硕士学位论文 1第一章 绪论第一章 绪论 1-1 课题研究的背景及意义 1-1 课题研究的背景及意义 1-1-11-1-1 课题研究的背景 课题研究的背景 目前由于低碳需求和能源短缺的影响，使电动汽车备受人们的关注。近几年来，世界各国都普遍开始对电动汽车进行大量的技术研究和资金投入，生产出很多不同类型的电动汽车。即便是这样，电动汽车至今还没有在世界上任何一个国家实现产业化， 根本原因之一是受电动汽车动力蓄电池发展水平的限制：其一是电动汽车的动力蓄电池比功率、比能量都较低，达不到燃油汽车的水平；其二是动力蓄电池的充电技
13、术水平， 充电桩修建的是否便利、 充电费用以及蓄电池费用都成了限制电动汽车产业化的因素。 通过导线来传送电能的接触式充电是目前电动汽车普遍使用的充电方式，然而这种充电方式有许多弊端：首先，电动汽车只能在相对静止状态下才能完成充电，因此降低了工作效率；其次，电动汽车充电时需要进行插头的插拔操作，易产生火花引发安全隐患；再者，遇到恶劣天气时无法实现露天充电；最后，整个充电过程需要人工操作，不能实现自动化。 电动汽车使用的动力蓄电池与普通的蓄电池不同。 由于汽车运行工况复杂， 动力蓄电池工作环境不稳定，充电技术不完善，会时常出现大电流充、放电情况 12，针对这些问题，电动汽车必须配有蓄电池管理系统，
14、该系统能够完成对蓄电池的实时监控，及时了解蓄电池当前状态，从而能够优化蓄电池的充放电参数，提高蓄电池整体寿命和安全系数。 1-1-21-1-2 课题研究的目的和意义 课题研究的目的和意义 为了弥补传统接触式充电方式的各种缺陷，电动汽车无线充电技术在近几年得以快速发展，这种技术实现了充电器和电动汽车二者之间没有导线连接， 避免了充电过程中的触电危险， 更重要的是这项技术改变了以往通过增加电池比能量的方式来增加汽车续驶里程的措施，改变为通过使用小容量、长寿命的电池的频繁充电来提高汽车续航能力，这种小容量蓄电池不仅循环使用寿命长，而且价格也比较低廉；同时无线充电技术还可以实现汽车充电的自动化，提高电
15、动汽车工作效率34。 无线充电技术是一种实现电能在空间的无线传输技术， 按工作原理大致分三类： 一是感应充电技术，是一种利用电磁感应原理进行短程大功率传输的无线充电技术；二是利用谐振原理，即 WiTricity技术， 是基于非辐射交变磁场的耦合实现电能的中程传输； 三是通过将电能转化为微波或激光发射给远端的接收天线，进行处理之后实现电能的远程传输。基于上述分析，本课题采用 WiTricity 技术实现电动汽车动力蓄电池无线充电， 对无线充电模型进行合理的理论分析和电路设计， 该充电系统的发射端在通电时， 系统会在发射线圈周围形成非辐射磁场用来激发接收线圈的共振， 故而整个充电系统的能量损耗就很
16、小、传输效率也相对较高。 为了能够监控电动汽车动力蓄电池实时状态参数，本课题以单块蓄电池作为实验对象，对蓄电电动汽车动力蓄电池无线充电技术的智能化研究 2 池管理系统的硬件电路和软件程序进行了合理的设计， 最终实现对蓄电池电压、 剩余电量等各项参数的实时监测和采样， 蓄电池充电控制电路和路侧端管理系统会根据监测采样数据进行充电启停控制和充电参数调整以及费用管理等进一步工作。 1-2 电动汽车动力蓄电池概述 1-2 电动汽车动力蓄电池概述 1-2-11-2-1 电动汽车常用的动力蓄电池类型 电动汽车常用的动力蓄电池类型 目前电动汽车常使用的动力蓄电池主要有铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子和锂聚合物蓄电池、超级电容器等几种。 铅酸蓄电池自发明使用到现在已经有一百多年的历史，至今应用仍然很广泛，国内有高达 95%的电动助力车都是使用的铅酸蓄电池。美国奥巴马政府的经济刺激方案将新型的铅酸蓄电池定义为“下
