电动汽车无线充电系统磁场仿真与屏蔽技术研究

电动汽车无线充电系统工作过程中不可避免地会在车体周围产生一定的电磁辐射,这是用户对于电动汽车无线充电非常关注的一个安全问题。本文通过电路仿真和有限元仿真研究了千瓦级电动汽车无线充电系统额定工作时在车体内及充电装置周围产生的电磁场,进而对比了收发装置整体屏蔽和本文提出的只在发射端外沿施加水平或竖直屏蔽这三种屏蔽方式的屏蔽效果,研究结果表明:汽车底盘天然提供了较好的磁场屏蔽,车内电磁辐射较小;本文提出的在发射装置外沿加装水平屏蔽带的屏蔽方式,经济、高效、实用,适用于电动汽车无线充电系统。     

金属异物对电动汽车无线充电系统影响分析

针对电动汽车在无线充电过程中可能混入金属异物的情况,本文分析了金属异物置于无线充电系统能量传输区域时对无线充电系统参数及效率的影响情况。研究中使用有限元仿真软件建立了电动汽车无线充电系统平面盘式螺旋线圈3D电磁场仿真模型,通过理论分析和有限元仿真结合的方式研究了不同尺寸、不同材质的金属异物对无线能量传输系统的电磁场参数以及效率的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,两种金属混入系统会产生涡流效应和磁效应,磁效应和涡流效应会对无线充电系统参数产生不同的影响,降低系统效率;其影响大小与金属的尺寸和位置密切相关;此外,金属的涡流效应会产生涡流损耗并导致温升,对充电系统是极大的安全隐患。     

电动汽车无线充电电磁环境测试标准及方法分析

电动汽车无线充电标准的制定对无线充电技术在汽车领域的推广应用具有重要意义。目前国内外现行的电动汽车无线充电系统电磁环境测试标准各有差异,各标准对电磁环境限值、测试项目、无线充电系统工况以及测试位置等方面的规定存在差异,比较分析各标准在电磁环境测试方法及安全限值制定上的异同。IEC 61980-1-2015和ISO 19363-2020规定电磁环境测试仅限于电磁场测试,且后者侧重于无线充电系统对人体暴露电磁场仿真模拟验证;SAE J 2954-2020和GB/T 38775.4-2020都涉及了接触电流测试,且电磁环境测试程序基本一致。GB/T 38775.4-2020是在参考相关国内外导则、标准基础上制定的,测试方法规定相对完善,电磁环境限值可靠性较高,可作为电动汽车无线充电电磁环境测试以及充电设施生产制造的参考标准。     

电动汽车无线充电系统电磁场计算方法

随着电动汽车的大量普及,电动汽车无线充电技术也得到更多的关注。首先,对基于磁耦合的IPT(感应电能传输)技术的工作原理进行了分析,推导出基于IPT的电动汽车无线充电系统电磁场计算方法。其次,利用电磁场的矢量叠加原理,推导得出多匝线圈产生的电磁场解析式,从而得出WPT(无线电能传输)系统初、次级侧线圈产生的合成电磁场解析表达式。最后,应用CPOSMOL仿真软件,并搭建WPT实验系统,验证了电磁场解析表达式的正确性。     

电动汽车无线充电时的电磁环境及安全评估

近来,无线电能传输技术受到了越来越广泛的关注,同时,该技术也被尝试应用于电动汽车以实现电动汽车的无线充电。与能量在自由空间传播相比,电动汽车无线充电时的电磁环境有很大不同,而电磁安全问题也变得日益突出。基于上述问题,首先分析了该领域的安全限制与标准问题;其次通过仿真分析了电动汽车充电时的参数变化、电磁环境以及对人体的影响;最后通过电动汽车试验来验证仿真结果,系统实现了约为3.5 k W的能量传输。该研究可为无线充电电动汽车的优化设计提供理论依据。     

电磁感应无线充电的联合仿真研究

针对电磁感应式无线充电系统难以实现电磁场和电路多域联合仿真的问题,利用Maxwell和Simplorer仿真软件对Qi标准电磁感应式无线充电系统进行联合仿真研究。其中利用Maxwell电磁场软件对线圈电磁场发布、电感、耦合系数、铁氧体损耗等进行了有限元分析,利用Simplorer电路仿真软件对整体电路分析与验证。仿真结果与Qi标准进行比较,验证了仿真结果的准确性和有效性。该联合仿真方法具有良好的通用性,适合于电磁感应式无线充电系统的前期原型设计与验证,可有效缩短实验和开发周期,降低研发成本。     

可实现效率提升的一种水下无线充电系统研究*

为了提高水下航行器的充电便捷性,水下无线充电系统得到发展,但同时水下无线充电技术仍然存在充电传输效率较低、传输功率较低的问题。而充电传输效率和功率与补偿网络的选取和耦合器的形状、参数等相关,因此实现对补偿网络和耦合器的优化对于无线充电系统传输效率和功率的提升有重要意义。首先,对磁感应耦合式无线充电电路中补偿网络选用原边串联-副边并联补偿方式,对传输功率、效率进行理论推导和分析。其次,对耦合器的尺寸结构进行仿真建模,得到参数符合的耦合器。在此基础上,建立水下无线充电仿真系统进行仿真,得到仿真参数。最后,进行器件选取和驱动电路、原副边电路PCB板的设计制作,进而搭建了一台无线充电系统样机平台进行实验,并得到实验结论。     

电动汽车无线充电系统对心脏起搏器的电磁兼容与热效应影响

近年来,无线电能传输系统应用于电动汽车充电过程中所产生的电磁辐射安全问题引起了广泛关注。该文构建了无线电能传输系统及心脏起搏器电磁仿真模型,并且计算了电动汽车无线充电系统不同功率等级下的最小安全距离,研究分析了无线电能传输系统对心脏起搏器的电磁兼容与热效应影响。仿真结果显示,不同功率等级下在其相应的最小安全距离处,心脏起搏器磁场强度值均小于磁场强度限值150A/m,说明电动汽车无线充电系统不会对心脏起搏器产生电磁干扰。人体各器官最大温升值均小于1℃,因此该系统所产生的电磁热效应不会对人体造成伤害,同时心脏起搏器的最大温升小于规定的2℃,因此心脏起搏器在该系统电磁辐射环境下所产生的热效应不会对其造成影响。     

基于多绕组变压器的高压无线充电自由定位系统

针对电动车辆无线电能传输(wireless power transfer, WPT)系统存在的半导体性能有限和定位困难的问题,提出了一种多对一高压无线充电自由定位系统。该系统采用逆变器串联输入的设计来适应高压应用场景,同时利用多绕组变压器实现逆变器的等效并联输出和向多路发射回路传输电能的功能,并采用了多对一的设计以扩大电动车的定位范围以实现无线充电的自由定位功能。为分析多绕组变压器的工作机理和研究多对一拓扑的能量传输特性,进行了等效电路分析和MATLAB仿真,并制作实验室原型样机进行了实验验证。基于实验和仿真结果,提出了一种基于多对一WPT拓扑的混合工作模式,可以有效地扩大电动车辆无线充电时的定位范围。研究和分析表明,文中所提出的拓扑结构可以有效地提高系统的输入电压以应用于高压场景,并能有效扩大电动车辆无线充电时的定位范围以实现自由定位。     

电动汽车无线充电技术的研究进展

主要介绍了无线电能传输技术在电动汽车领域中的研究和应用。首先介绍了国内外电动汽车无线充电技术的研究进展及应用情况,然后介绍了两种主要的无线充电技术,感应式无线充电技术和谐振式无线充电技术的原理及特点;分析了提高电动汽车无线充电技术传输效率的措施,并讨论了无线充电技术对人体健康和环境的影响问题;最后提出了未来电动汽车无线充电技术需要解决的关键问题。     

电动汽车双向无线充电系统谐振拓扑分析

针对双向电动汽车无线充电系统,对应用于双向无线电能传输的三种谐振拓扑进行了深入研究,在对其进行建模分析的基础上,结合电动汽车无线充电应用的需求特征,从对参数变化与系统故障的鲁棒性、特定工况下的最大传输功率以及谐振电容电压等方面进行了对比分析。研究表明,双边LCC谐振拓扑在继承了双边LCL优势的同时,亦解决了双边LCL传输功率偏小和直流磁化等问题,在双向电动汽车无线充电应用中具有较强的适用性。同时,搭建了相关实验平台对上述分析进行了验证。     

基于无线电能传输技术的电动汽车V2G系统关键参数监测技术

将无线电能传输技术应用于电动汽车入网(V2G)领域具有重要的研究价值及实用价值。对双向无线电能传输系统的原理进行了分析,在此基础上针对影响系统能量传输方向的相角差和影响传输效率的电压比展开了分析;进一步提出在次级侧与主功率线圈同轴安装探测线圈的方法对上述两参数进行实时监测,给出了参数的获取方法,并设计了仿真与实验验证所提方法的可行性。     

移动负载的动态无线供电系统发展及关键技术

随着移动负载对动态无线充电功能的迫切需求,动态无线供电技术逐步进入人们的视野并成为新的研究热点。文中首先针对现有动态无线供电系统的主要结构及优缺点进行比较研究;然后分别从高频逆变电路、补偿网络、电磁耦合机构、供电线圈切换方法和电磁兼容等方面,探讨动态无线供电系统的关键技术;最后结合近年来国内外学者的研究成果,对动态无线供电技术的工程应用现状进行总结分析,并对动态无线供电技术在未来的发展趋势进行了预判,指出动态无线供电技术在自动导引车、变电站智能巡检机器人、移动式机电设备、轨道交通和电动汽车等领域将具有广阔的应用前景。     

电动汽车磁场与电场混合耦合型无线电能传输技术综述

磁场与电场混合耦合无线电能传输技术是一种结合电场耦合以及磁场耦合实现无线电能传输的技术,具有空间结构紧凑和抗偏移能力强等优点,能够弥补传统电动汽车无线充电系统抗偏移性能差和功率密度低的缺点。首先以磁场耦合式与电场耦合式无线电能传输技术为切入点,阐明各自的工作原理、技术优势及缺陷不足,介绍磁场与电场混合耦合型无线电能传输技术的发展背景;其次针对电动汽车无线充电的应用,从耦合机构、补偿网络、电力电子变换器及其控制策略、传输水平对国内外研究现状展开论述;最后指出目前亟待解决的问题以及未来的发展趋势。     

电动汽车无线充电系统的输出功率动态解耦控制

电动汽车无线充电系统动态充电能显著减小电动汽车动力电池的质量与尺寸,但由于动态系统中汽车运行状态会实时改变,因此电池在不同状态下的最优系统输出功率需求不同。系统在非最优输出功率下工作会影响其高效性及可靠性。文中提出电动汽车无线充电系统的输出功率动态解耦控制方法,根据整流电路的动态解耦机理对系统影响较小的特性,保证高效快速调节输出功率。建立了动态解耦控制系统数学模型,得到控制方案的计算因子,通过计算因子实现解耦占空比对输出功率的控制。仿真和实验结果表明,此种动态解耦控制克服了一般调节方式调节慢和效率低的缺点,实现了在动态充电过程中高效快速调节输出功率,优化系统性能。     

电动汽车无线充电电磁环境安全性研究

近年来,无线电能传输技术的应用越来越广泛,其中一个主要应用就是在电动汽车无线充电方面。为有效评估人体在电动汽车无线充电电磁环境下的安全性,利用基于有限元法的三维电磁仿真软件,构建电动汽车无线充电电磁辐射下的人体电磁环境模型,研究人体主要器官的电磁暴露问题。结果表明:不同的组织器官由于其电磁参数不同而对电磁波有不同的吸收,其中电流密度最大值为20.058m A·m-2,功率密度最大值为1.22×10-5W·m-2,比吸收率最大值为4.37×10-7W·kg-1,皆低于国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)导则的安全限值,这说明人体在此电磁环境下基本是安全的。     

电动汽车多导轨无线供电方法

针对单段长导轨供电方式会降低电动汽车无线供电系统的稳定性和效率的问题,提出了多导轨供电模式的电动汽车无线供电方法,输电导轨采用多级并联的方式连接在输电母线上,电动汽车行驶到某段输电导轨上方时,该输电导轨处于工作状态,其他输电导轨处于待机状态。文中详述了系统的基本原理,并通过实验结果验证了方法的有效性,结果进一步表明所述方法保证了能量拾取端的功率等级,同时降低了导轨的通电长度,并降低了导轨损坏对系统稳定性及导轨损耗对系统效率的影响。     

电动汽车无线充电技术研究综述

电动汽车的出现有利于缓解地球能源危机,而无线充电是电动汽车充电技术的发展方向。首先介绍了国内外无线电能传输技术的现状,其次阐述了电磁感应、磁耦合谐振、微波3种方式用于电动汽车无线充电时的原理,而后引出无线充电技术在国内外电动汽车上的实际应用情况,最后对于目前存在的部分不足之处提出改进方向。     

互操作电动汽车无线充电系统设计方法

电动汽车无线充电的互操作性是指同一发射端可以匹配不同离地间隙、不同充电功率等级的电动汽车接收端进行安全高效的无线充电。国家标准对电动汽车无线充电的互操作性给出了解释和示范,但如何在不同间隙级别、不同功率等级和不同偏移位置下均实现最优的功率传输效率,是互操作设计的一个难题。针对双边LCC电动汽车无线充电系统,以电动汽车无线充电系统标准GB/T38755.1为参考,提出一个满足工程应用需求的互操作无线充电系统优化设计方法。在满足电感量要求下,优化发射线圈表面磁场辐射的均匀度,以效率为目标优化不同间隙与不同功率等级的接收线圈及其补偿参数。制作了一个满足互操作性的11 kW发射线圈与9个不同充电气隙和功率等级的接收线圈,对设计方法进行了实验验证。     

电动汽车动力锂电池LCL型无线充电技术

为了满足电动汽车动力锂电池的充电需求,文中提出基于MERS(Magnetic Energy Recovery Switch,磁能再生开关)的LCL谐振型无线电能传输系统。该系统仅通过改变副边MERS的导通角,即可实现三种工作模式:恒流输出模式、恒压输出模式和最大功率输出模式。文中提出了系统模型,分析了LCL谐振型ICPT系统满足恒压、恒流、最大功率输出三种工作状态的条件;研究并建立了MERS的数学模型;搭建了Simulink仿真模型,仿真结果表明,本系统仅通过控制副边MERS的导通角α一个参数,可以实现电动汽车动力锂电池“先恒流后恒压”的充电需求,也可以实现当系统互感系数变化时系统维持在最佳工作点,而无需改变其他系统网络参数。该方案对改进电动汽车无线充电系统有一定的参考价值。