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。     

无线电能传输系统高效率低漏磁的全向环绕型

在电动汽车无线电能传输系统（WPT）中,如何通过电磁屏蔽技术来降低WPT系统中的漏磁,同时维持较高的传输效率是一个难题。为此本文提出了一种全向环绕型有源磁屏蔽线圈结构来减少WPT系统中的漏磁。首先,分析了该结构的磁屏蔽工作原理以及设计思路,推导了该结构的数学模型;其次,根据本文线圈结构高效率低漏磁的特点,提出了一种线圈优化方法,得到了满足设计要求的线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,搭建了一套基于所提线圈结构的WPT系统,并通过仿真和实验验证了该结构和方法的合理性。结果显示,在传输功率为4 kW时,本文提出的线圈结构在偏移0 cm时,目标面的最大漏磁为3.76 μT,相比无屏蔽线圈结构降低了43.63%的漏磁,并且传输效率高达95.58%;在偏移10 cm时目标面的最大漏磁为6.03 μT,仍符合漏磁安全标准,并且传输效率为92.92%,高于同尺寸无源屏蔽线圈结构和传统有源屏蔽线圈结构的传输效率。     

电动汽车多车位WPT下沉式磁屏蔽系统研究

在电动汽车无线电能传输系统中,实现高效传输的同时减少磁泄漏一直是一个技术挑战。针对这一问题,本文提出了一种应用于多无线电能传输系统的下沉式屏蔽线圈结构,该结构在减小目标面漏磁的同时不会影响系统的传输效率。首先,提出了一种基于矢量磁位的矩形线圈磁场计算方法,通过此方法对系统目标面漏磁进行分析,为后续的磁泄漏优化提供了理论依据;其次,介绍了一种漏磁优化的方法,运用该方法得到满足要求的各线圈参数,为实现高效的无线电能传输提供了关键支持;最后,根据得到的线圈参数,研制了一套带磁屏蔽结构的双车位电动汽车无线充电系统,通过仿真和实验,让提出的屏蔽结构和方法的有效性得到了充分证实。结果显示,当系统输出功率恒定在4 kW时,所提出的屏蔽结构不仅使目标区域最大泄漏磁场降低了25%,且传输效率高达95%。     

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。     

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。     

谐振式无线供能心脏起搏器多线圈无功屏蔽研究

为降低心脏起搏器无线供能系统的漏磁场对人体的伤害,该文提出一种150kHz条件下谐振式多线圈无功屏蔽心脏起搏器无线供能系统。建立LCC-C的补偿电路模型,通过研究谐振无功屏蔽线圈原理,仿真研究三种屏蔽线圈环路、匝数的磁场分布和传输效率,以及人体半身模型的电磁-温度场分布,确定了屏蔽线圈的最优环路和匝数。实验结果表明,在3环-5匝最优屏蔽结构下,距中心点35mm处的磁通密度减小了20.22%,传输效率可达76.03%,此时体内温升为1.01℃,符合植入式器件安全规定。所设计的多线圈无功屏蔽结构能有效降低无线电能传输（WPT）系统的漏磁,为植入式器件无线供能系统设计提供了一种新思路。     

电动汽车移动负载动态无线充电技术

电动汽车相对于传统燃油汽车而言具有环境污染小等优点,但因其续航短、充电站资源紧缺、操作繁琐等而存在发展制约问题.提出了一种新的汽车动态充电技术,其在无线电能传输技术原理的基础上增加了传感器和控制器(开关继电器),可在确保电动汽车充电安全、便捷的前提下,使动态无线电能传输更加高效.     

电动汽车无线充电用方形线圈仿真优化研究

电动汽车由于其节能、环保和低碳等优点受到越来越多的关注。为提高电动汽车无线充电系统传输效率,优化线圈设计,分析了电流源供能的2线圈串串拓扑结构的等效电路模型,并从线圈互感、线圈等效串联电阻以及负载的角度对平面螺旋方形线圈提出了提高充电效率的4个方面,即:最优的线圈匝数、最优的线圈边长、更短的传输距离以及最佳负载,并利用COMSOL软件进行了仿真验证。仿真优化结果表明:线圈边长d与传输距离D存在近似优化关系:d=2D;电动汽车无线充电系统存在一组最优参数:传输距离D=45 cm、线圈边长d=90 cm、线圈匝数N=30和负载RL=80Ω时,系统传输效率达到88.36%,从而实现了电动汽车高效率无线充电。     

电动汽车无线充电系统中电屏蔽对空间磁场的影响分析

在无线电能传输系统中,为了降低外界磁场对充电设备的干扰,提高整个系统的工作效率,通常在原边设备和副边设备中加入电屏蔽装置。该文建立有限元仿真模型,分析了电屏蔽对耦合机构周围空间磁场的影响。在实验中,搭建三维空间磁场测量系统,测量并绘制原边设备与副边设备背部三维磁场分布图。研究结果表明,电屏蔽有效地减少了原边设备与副边设备附近磁场的大小,起到了防止磁场扩散的作用。有限元仿真中的磁场分布情况与实际测量结果相同。该文中搭建的无线电能传输三维磁场测量系统能直观地显示空间磁场的分布情况,对无线电能传输装置设计和研发起到了辅助的作用。     

Circuit modeling and efficiency analysis for wireless power transfer system with shielding

It is an effective way to use magnetic shielding scheme in magnetic coupled wireless power transfer (WPT) system to reduce magnetic flux leakage. However, the additional shielding material would affect the equivalent circuit model and the power transmission efficiency of WPT system. Although the impact of some common shielding materials on the transmission efficiency has been studied using finite element simulation, there is still a lack of understanding about the impact to the equivalent model in theory. In this paper, the equivalent circuit and transmission efficiency of WPT system are analyzed theoretically under the influence of different shielding materials, and the relationship between material electrical characteristics and transmission efficiency is presented. In our WPT prototype with two 166-mm diameter coils under ferrite shielding and aluminum shielding, the achieved maximum transmission efficiencies are 95.7% for 100-kHz resonant frequency and 97.9% for 1-MHz resonant frequency under the ferrite shielding, and the efficiency errors between the analytical and experimental results are less than 5% for 100-kHz resonant frequency and 10% for 1-MHz resonant frequency.     

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。     

电磁感应式无线供电用软磁片研究进展

无线供电因其非接触性供电方式正越来越得到广泛应用。基于磁耦合的电磁感应式供电是目前市场开发的热点。叙述了电磁感应式供电的原理和特点。软磁片作为无线供电系统中的核心材料,主要应用于发射端和接收端,以增高感应磁场和屏蔽线圈干扰,降低损耗,提高能量传输效率。介绍了用于电磁感应式供电软磁片的性能要求、材料类型及特点、制备工艺。在此基础上,综述了国内外无线供电用软磁片的发展概况,最后对无线供电的应用和未来发展趋势进行了展望。     

磁场耦合无线电能传输系统最大功率要素分析

针对无线电能传输系统的功率和效率问题,在特定频率下研究了影响无线电能传输系统最大传输功率的若干要素。以磁场耦合单元为核心建立简化模型,包括发射回路、接收回路,以及两个回路之间的磁场耦合单元。分别研究发射回路电抗、接收回路电抗、互感电抗等在单独变化,或协同变化时,如何影响最大功率传输条件,最大功率值和传输效率等。研究发现,不同情况下的最大功率传输条件之间存在内在联系;在发射回路与接收回路电阻乘积较小时,松耦合谐振才能传输最大功率。此结论不依赖于阻抗补偿形式,并且对感应耦合式和磁场共振式无线电能传输系统均适用。仿真和实验结果与理论分析结果一致。     

磁耦合谐振式无线电能传输电动汽车充电系统研究

为研究电动汽车无线充电系统,解决电动汽车有线充电时的不安全、不便利问题,采用磁耦合谐振式无线电能传输技术,从改进传输线圈结构出发,在传输线圈外侧增加导磁体,将磁通尽可能束缚在两传输线圈之间,减小向外界的泄漏,缩短磁通在空气中的磁路长度,从而有效增强无线电能传输系统的耦合程度,大大增加传输功率,提高低频条件下的传输距离和效率。设计了具有频率自动跟踪控制的12 k W/70 k Hz高效磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统,并进行实验研究,得到一系列传输线圈距离和负载阻抗、传输功率及传输效率之间关系的实验数据。特别地,实验结果表明在传输距离0.3 m、输入功率12.6 k W时,谐振频率为72.6 k Hz,传输效率达到94.33%。     

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。     

地下管线对通信电缆的屏蔽效应计算方法

提出了一种同时考虑感性耦合和阻性耦合时的地下管线对通信电缆的电磁屏蔽模型,以管线节点电流代替管线单元电流进行插值,改进了传统电磁屏蔽效应计算方法,在此基础上,进行了地下管线对地下通信电缆的电磁屏蔽系数计算,探讨了屏蔽保护的规律,计算结果表明,管线粗细和端接阻抗将明显影响屏蔽保护效果。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统存在干扰因素下的频率特性研究

本文从互感模型出发,对磁谐振耦合式无线电能传输系统的拓扑结构进行分析,得出了系统的简化模型,进而推出了发射器与接收器存在耦合角度和水平偏移等外界扰动情况下,负载接收功率和系统传输功率与系统的传输距离的关系。为验证理论分析的正确性,制作了试验样机进行验证。最后,以系统最大传输效率为目标,利用实验样机,对存在扰动下的无线电能传输系统进行频率跟踪,得出了系统工作频率的变化范围Δf。其结果可为磁耦合谐振式无线电能传输系统频率鲁棒性的研究提供依据。