电动汽车无线充电系统磁耦合线圈结构的多目标优化设计

对于电动汽车无线电能传输（WPT）系统的磁耦合线圈结构优化设计,需综合考虑功率等级、传输效率与经济性等。首先分析了线圈匝数与匝距对传输功率、传输效率及线圈经济性的影响。然后,基于带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）,提出了以线圈效率与线圈经济性为优化目标,以3.3 kW额定功率与线圈尺寸为约束边界,对线圈匝数与匝距进行多目标优化设计的方法。最后,基于Maxwell-Simplorer联合仿真验证了优化设计方法的可行性与有效性,优化后线圈最大传输效率可达93.4%,两侧线圈损耗均得到改善。     

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。     

基于特斯拉线圈的无线充电模型设计

在无线电能传输的研究中,广为人知的是发明者尼古拉·特斯拉发明的火花间隙特斯拉线圈,虽然该线圈结构简单原理易懂,但是其大电压、大电流的工作模式会危及使用者的生命安全。针对此问题设计了固态追频特斯拉线圈和固态定频特斯拉线圈,在实现无线电能传输的基础上保障了使用者安全。经实验证明,设计的3种电路无论是否正常工作,都不会产生危及使用者生命的电压电流。其中固态追频特斯拉线圈可以在9 V电池供电的情况下点亮节能灯,固态定频特斯拉线圈可以在12 V直流电压供电的情况下实现次级线圈尖端放电。     

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。     

电动汽车集成式无线充电线圈的设计和优化

针对目前电动汽车无线充电系统体积大、效率低的问题,提出了一种基于双边LCC补偿网络的集成式无线充电线圈及其参数优化设计方法。首先建立了集成式无线充电线圈的三维模型,阐述了其集成方法以及数学描述,然后提出了一套线圈参数优化设计方法,最后搭建了实验平台并通过实验验证了线圈集成方法及其参数优化方法的可行性。实验表明此集成式无线充电线圈可以减小系统体积并提高系统效率。     

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.     

基于垂直中继的U型线圈切换系统设计与优化

与三线圈中继无线电能传输结构相比,两线圈结构具有更高的效率但传输距离较近,而三线圈结构多应用于中远距离无线电能传输,在近距离系统中效率偏低。对于电动汽车底盘距离不一导致充电效率低下的问题,本文给出一种基于垂直中继的U型线圈切换系统,该系统在适合的距离点切换,即在不同传输距离到达最优效率,可以解决间距变化导致效率低下的问题。本文对三线圈电路模型进行分析,对其线圈特性、负载特性和无线电能传输的距离特性进行分析及优化,推导出其效率影响因素,在此基础上进行系统仿真分析。仿真结果表明,与单一两线圈或三线圈结构模型相比,所设计的切换系统在较近和较远距离下无线电能传输效率都提升了58%;与普通三线圈结构相比,该系统无线电能传输效率最高提升了71%。     

检测线圈不完全补偿电动汽车无线充电系统无盲区金属异物检测技术

针对目前电动汽车无线充电系统金属异物检测技术存在检测盲区、检测灵敏度较低等不足,提出一种检测线圈不完全补偿电动汽车无线充电系统无盲区金属异物检测方法。在电动汽车无线充电系统的发射线圈上方设计A₁—A₁₆、B₁—B₁₆和C₁—C₄两种检测线圈组,A_n、B_n按照中心对称原则组成16个全区异物检测线圈组,C₁—C₄组成2个盲区异物检测线圈组,通过判别检测线圈组的差分异物检测电路输出电压大小来确定金属异物是否存在。论文首先分析电动汽车无线充电系统无盲区金属异物检测线圈的结构和原理;接着,通过优化检测线圈的不完全补偿电路参数来提高检测灵敏度;然后,采用同相放大、带通滤波和差分放大等有源电路来提升检测系统的准确性;最后,搭建电动汽车无线充电平台,对所提检测线圈不完全补偿电动汽车无线充电系统无盲区金属异物检测方法进行实验验证,结果表明,通过选取合理的电压阈值,位于发射线圈上部区域的硬...     

含无线充电电动汽车的孤岛直流微电网运行模式研究

为改进电动汽车充电设施的供电方式,研究了无线充电电动汽车与光储直流微电网的融合,并重点研究充电功率发生变化时微电网的能量管理策略。分别建立光伏、储能、无线充电电动汽车能量传递的数学模型,推导各部分功率、端口电压电流等的关联性,基于此设计了相应的控制器。考虑充电功率需求以及储能电池状态信息,定义微电网运行的3种模式,并提出基于功率缺额判据的能量管理策略。最后搭建实验平台,验证系统的3种运行模式均可实现充电负荷的可靠供电。当充电功率发生变动时,所设计的能量管理策略可实现模式切换,维持母线电压稳定。     

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。     

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。     

两线圈串联电动汽车动态无线充电系统研究

从经济和空间角度考虑,电动汽车EV（electric vehicle）同时装设匹配静态和动态无线充电方式的接收单元是不理想的。为此,参考EV静态无线充电标准,设计了两发射线圈同向串联EV动态无线充电系统,使其接收单元能同时满足动态和静态无线充电需求。首先,分析了收发线圈的水平偏移特性和互感电路模型,并根据分析结果确定了单发射线圈组切换以及两发射线圈串联的方式,根据两发射线圈串联的三维磁通图确定了两个发射子线圈的通电方向为同向通电;然后,对单发射线圈组切换系统以及两发射线圈串联系统进行了有限元仿真,验证了两个发射线圈串联的互补作用以及同向通电方式的优越性;最后,参考EV静态无线充电标准搭建了实验平台,并完成了静态和动态的无线充电实验。     

电动汽车无线充电混合补偿拓扑电路分析

无线电能传输补偿方式直接影响输出电流、电压的增益特性,提出一种混合补偿拓扑电路,解决负载动态变化时输出电流、电压不稳定的问题,可应用于电动汽车恒流恒压无线充电电路。对拓扑电路原副边线圈建立等效松耦合变压器T模型,分析得出等效负载动态变化时可以实现恒流恒压输出的特性。构建仿真模型和试验台架,仿真验证电路分析的正确性。实验验证了在串/并补偿拓扑下副边稳流输出且原边逆变电流滞后电压,在串/串并补偿拓扑下副边稳压输出且原边逆变电流与电压同相。     

电动汽车无线充电系统磁耦合线圈耦合系数的研究

针对电动汽车无线充电系统磁耦合线圈之间耦合系数小、存在偏移的问题,对磁耦合线圈的耦合系数进行了研究分析。首先根据无线充电系统串-串补偿模型,分析了耦合系数与传输功率和传输效率之间的关系。其次,比较了不同形状的线圈在相同围绕面积的条件下,耦合系数随线圈间气隙距离和偏移的变化。以圆形-圆形线圈为例分析了线圈内部参数变化对耦合系数的影响。最后,对比分析了圆形线圈增加磁芯时对耦合系数的影响。研究结果证明了所提方法的有效性。     

电动汽车三相无线充电系统关键技术研究综述

电动汽车无线充电技术是推动电动汽车走向智能化和无人化的重要技术手段,高效率、高功率密度、大偏移和低成本等要求是电动汽车无线充电技术面临的挑战。三相无线充电系统由于具有功率密度高、磁场分布均匀和抗偏移能力强等优点,受到了越来越多的关注。围绕电动汽车三相无线充电系统的磁耦合机构、补偿网络和高频逆变器,归纳总结了这些关键技术的研究现状,分析讨论了亟待解决的问题及今后的发展趋势。     

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。     

电动汽车集群内的递阶分散最优充电方法

电动汽车未来有望以集群（例如大型充电站内的电动汽车）形式参与电网调度。收到电网下发的集群优化充电调度指令后,集群代理需优化集群内的电动汽车充电功率以追踪电网指令。该追踪问题是一个大规模的优化问题,难于集中式求解。提出一种递阶分散优化算法求解该问题。集群代理下发协调信息,各电动汽车根据协调信息分布式地优化自身充电功率,并向代理返回迭代信息,通过迭代求得问题的最优解。为进一步提高计算效率,对集群代理和单辆汽车的优化子问题进行了深入研究和算法改进。通过数值实验发现所提方法具有很快的计算速度,尤其适用于求解大规模电动汽车集群内的追踪问题。     

基于三维电磁仿真软件的无线充电耦合机构建模与仿真研究

针对电动汽车无线充电技术,考虑发射线圈和接收线圈发生径向偏移的情况,基于两线圈结构的串串型拓扑,通过三维电磁仿真软件Maxwell来对比圆形、矩形和DD型线圈的抗偏移性能。通过添加磁芯和铝板等对所选线圈进行优化设计。借助Maxwell和Simplorer实现联合仿真,验证该无线电能传输系统设计的可行性。在两线圈间发生偏移的情况下,为实现无线电能传输系统的传输效率达到95%以上的目标,给出了一种基于线圈比较选择的磁耦合机构设计流程,并根据流程设计了切实可行的无线电能传输系统。通过试验验证了该系统的可行性。     

电动汽车动态无线充电系统导轨切换时的脉冲同步控制策略

采用分段导轨控制的电动汽车动态无线充电系统在导轨切换时,会出现系统的输出功率和系统效率骤降,甚至远低于期望值,不能满足系统输出功率要求。文中通过对电动汽车导轨切换过程的暂态分析,计算导轨切换时相邻导轨线圈所在逆变电路的时钟脉冲信号同频同相和同频不同相时,输出功率的变化,得出结论:相邻导轨线圈所在逆变电路的时钟信号相位差是造成导轨切换过程中输出功率和效率骤降的原因。提出了一种电动汽车动态无线充电系统导轨切换时的脉冲同步控制策略,有效地改善了电动汽车动态无线充电系统在导轨切换时输出功率和系统效率骤降以致不能使系统正常运行的情况。最后,通过仿真和实验验证了时钟脉冲信号同步的重要性和该控制策略的有效性。