一种磁耦合电动汽车无线充电系统设计与实现

电动汽车无线充电(EV-WPT)技术,作为一种新型的充电方式,已成为EV充电技术领域的重要发展方向。基于SAE J2954国际标准,设计与实现了一种3.3 kW磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统。首先通过分析无线充电系统的组成及充电过程工作状态,提出了一种磁耦合谐振式EV-WPT系统设计方案,然后针对各组成部分进行了参数设计,最后进行了实验测试。测试结果验证了系统设计方案的可行性及有效性,当传输距离为150 mm时,磁耦合机构传输效率可达89%,EV-WPT系统传输效率可达85%,完全满足SAE J2954标准要求。     

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%。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统传输损耗的研究

相比于传统的有线充电,无线充电是一种更加方便和可靠的充电方式,在电动汽车、生物医学等领域具有较为广泛的应用前景。然而传输效率的低下却限制了无线电能传输技术的进一步推广。磁耦合谐振式做为一种最主要的无线电能传输技术,其主要由高频电源,补偿结构,磁耦合结构以及整流滤波四部分构成。目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输效率分析时大多仅考虑磁耦合结构的损耗,对系统中高频电源以及整流滤波的损耗考虑欠少。文章在预定效率以及恒功率条件下计算磁耦合谐振式无线电能传输系统中各部分损耗与互感之间的关系,寻求满足系统要求的互感值。最后设计了一套传输功率为1000W,传输效率为85%的磁耦合谐振式无线电能传输系统,实验结果表明文中的损耗计算方法具有较高的准确性。本文研究结果为无线充电系统分析及性能改善起到积极推动作用。     

无线充电系统电磁屏蔽与效率优化技术研究

在电动汽车无线电能传输系统中,磁屏蔽效果往往以牺牲传输效率为代价,如何减少磁泄漏的同时提高传输效率是一 个难题。 为此本文提出了一种新型强耦合磁屏蔽结构来减少系统磁泄漏。 首先,提出了一种强耦合磁屏蔽线圈结构,基于提出 的屏蔽线圈结构,分析了屏蔽线圈阻抗特性对系统漏磁与传输效率的影响;其次,给出了一种漏磁优化流程,运用提出的优化流 程,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数研制了一套基于电动汽车带磁屏蔽结构的无线充电系统,通 过仿真和实验验证了所提结构与方法的有效性。 结果显示,提出的新型强耦合磁屏蔽线圈不仅使系统的磁泄漏有效降低了 28%,且传输效率提升了近 4%。     

电动汽车无线充电耦合器综述

近年来,电动汽车吸引了越来越多的关注,但是它们仍然不是消费者主要的选择。这可能是许多原因造成的包括电动汽车价格和行程,这些因数主要是受目前电池技术以及充电速率的限制。与传统的插入式充电系统相比,无线充电系统更方便,安全。动态无线充电能减少车载的电池容量,可以帮助降低电动汽车的价格。然而无线充电仍受耦合器的限制—他们目前传输功率和效率较低,本文阐述了目前无线充电耦合器的主要设计方案。     

对电动汽车无线充电过程中降低辐射方法的研究

电磁辐射是电动汽车无线充电技术发展的主要问题。对现有的电动汽车无线充电方式进行对比后,提出一种在电动汽车无线充电过程中降低辐射的方法,并从电路设计、内部程序设计以及仿真实验等方面进行了分析。通过仿真测试出保持原并联网络处于谐振状态下所需的电容大小。结果表明,在不同的漏磁下,通过调整电路中电容的接入量进行修正之后,会降低充电过程中产生的电磁辐射,减少在充电过程中能量的损耗。     

电动汽车移动式无线充电技术

正无线电能传输主要有电场耦合、磁场耦合及电磁辐射3种方式。电动汽车无线充电主要采用磁场耦合方式,即利用高频磁场传输能量。分静态充电和移动式充电2种方式。移动式充电主要通过在地面铺设多个连续的发射线圈来实现。2018年8月,国内首条百米级电动汽车移动式无线充电实验路段在张北正式建成投运。实验路段长181m,移动式无线充电功率为20 kW,转化效率达80%,磁场强度远低于国际标准27μT,汽车行驶速度可     

无线充电系统损耗分析及磁体结构优化

基于电磁谐振耦合的无线充电系统只有工作在高频下才能获取较高的系统传输效率,而高频变化的磁场会在周围铁磁性的物质中产生涡流,造成严重的涡流损耗。本文通过仿真与试验的方式分析电动汽车用无线充电系统在汽车底盘中由于涡流造成的能量损耗,分析了周围铁磁性物质对系统电路模型的影响,建立了增加铁板后的等效电路模型,并提出一系列的改进磁片结构来减小涡流损耗,提高系统的传输效率。最后得出当磁体结构成发散状时,系统总损耗最小。     

无线充电用磁屏蔽材料

随着近代无线充电技术的兴起,无线充电设备中磁屏蔽材料受到了日益广泛的关注。磁屏蔽材料在无线充电系统中能够增强线圈感应磁场,具有较高的磁性收敛效果;同时屏蔽金属导体对线圈磁场的衰减干扰,防止磁能的损耗,提高充电效率。对MnZn铁氧体、NiZn铁氧体、非晶合金和纳米晶合金四种无线充电磁屏蔽材料进行了分类综述,简单介绍了各类材料的发展历程以及在磁感应式无线充电领域的应用情况。最后比较性能上的差异,提出无线充电磁屏蔽材料发展所面临的问题,分析了该领域未来发展的趋势。     

电动汽车无线充电磁耦合器屏蔽层的优化设计

针对电动汽车车载无线充电磁耦合器体积和重量大、铁氧体易碎裂的问题，提出了一种由铁氧体磁片、纳米晶带材及铝箔构成的复合屏蔽层磁耦合器。通过Maxwell分别对铁氧体和四种纳米晶磁芯的性能进行分析和比较，在机器学习得出磁耦合器最优磁芯结构的基础上，优化设计了复合屏蔽层结构及各部分材料构成比例，与传统铁氧体磁片和铝板构成的磁耦合器相比，所提出的复合屏蔽层磁耦合器在减小了体积和重量的同时，互感和耦合系数分别提高了8.2%和0.7%,成本减小了47%。最后搭建了传输距离为12 cm的实验平台进行了验证。     

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。     

基于RFID技术的嵌入式充电桩电磁耦合器设计

嵌入式充电桩电磁耦合器是实现充电桩的感应电能智能控制和传输的重要部件,设计充电桩设计的核心。通过对电磁耦合器的优化控制设计提高充电桩电能输入输出的稳定性。提出基于RFID技术的嵌入式充电桩电磁耦合器设计方法,进行嵌入式充电桩的充电原理分析和系统的总体设计描述。在平板式电磁耦合器基础上构建嵌入式充电桩电磁耦合器电能传输的拓扑结构,基于RFID无线射频识别技术进行嵌入式充电桩电磁耦合器的电路集成设计,采用自适应加权耦合控制进行嵌入式充电桩电磁耦合约束参量的优化控制,提高输出性能。实验结果表明,该系统具有较好的智能充电控制能力,对电动汽车的充电效率较高,提高了智能充电桩的电能传输效率。     

基于有限元方法的电动汽车无线充电耦合机构的磁屏蔽设计与分析

为降低电动汽车无线充电耦合机构工作时对非工作区域内电磁环境的影响,并提高耦合效率,对电动汽车无线充电过程中空间电磁能量约束问题设计了一套带有屏蔽的能量耦合机构,建立了其有限元模型,有限元计算和实验结果验证了该方法的可行性。实验结果表明,耦合机构外加铁氧体屏蔽后,传能区域内的磁场被约束在发射耦合机构与接收耦合机构之间,空间磁场均匀性增强,屏蔽层之外的磁场强度远小于未加屏蔽的耦合机构,降低了辐射损耗,同时加入屏蔽结构耦合机构的电感量增大,谐振频率降低。其在远距离、水平偏移等耦合性差的工作环境下能有效提高系统传输功率,且能减少电动汽车无线充电对外界的电磁干扰,增强无线充电系统工作的稳定性。     

并联LCL补偿在移动式无线电能传输中的应用

传统静止式电动汽车无线电能传输技术存在充电区域受限、充电时间过长等缺点。为解决这一问题,提出一种多线圈并联式电动汽车无线技术,能够实现电动汽车在行驶的同时进行充电,提高了电动汽车的续航能力。系统采用多个初级线圈并联的拓扑,在无需充电时,可关闭对应初级线圈的供能,减小不必要的功率损耗。此外,运用LCL谐振补偿,实现初级线圈电流恒定特性。通过分析互感与位移变换规律,设计了移动式无线充电耦合结构,能够实现车辆在多个线圈间行驶时,保持传输功率的稳定。仿真与实验结果表明所提出的多线圈并联式电动汽车无线技术,能实现功率的稳定传输,提高传输效率。     

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%。     

电动汽车的无线充电控制策略研究

随着大量电动汽车并网充电,有必要对电动汽车进行能量管理以实现电动汽车有序充电,从而保证电网安全。电动汽车的无线充电基于耦合磁场传输电能,具有便携性、美观性等特点,存在着广阔的应用前景。本文聚焦于电动汽车无线充电的控制策略,仅通过控制无线充电系统的原边相位,以实现电动汽车充电功率的灵活调节。本文研制了实验样机,实验结果验证了本文所提无线充电控制策略的有效性。     

基于ICPT技术电动汽车无线充电系统的互感分析

为了满足基于磁感应耦合电能传输(ICPT)技术的电动汽车无线充电系统高效率、低损耗的设计要求,仿真分析了松耦合变压器中磁芯属性、磁芯厚度、线圈匝数、线圈外径与互感的关系。在不降低系统互感的前提下,提出了节省磁芯体积、减少线圈损耗的方法。此外,为了得到更适用于电动汽车无线充电的松耦合变压器模型,利用ANSYS、MATLAB进行了仿真,得出了传输效率高、磁屏蔽效果好、轴偏离对互感影响小的结构模型。     

动态无线充电的软开关及控制策略研究

电动汽车动态无线充电技术,即在行驶路面间隔铺设一系列能量发射线圈,在电动汽车上安装能量接收线圈,对行驶中的汽车持续充电,从而增加电动汽车的续航里程。逆变器的软开关技术能够很大程度上减小系统损耗,对于动态无线充电系统而言,耦合系数的动态变化和次级后级DC/DC变换器均会对逆变器开关管的工作状态造成影响。分析了系统工作原理和逆变器软开关的实现条件。通过在次级后级DC/DC变换器采用双闭环控制策略,在提高动态无线充电系统输出功率和传输效率的基础上,保证初级逆变器工作于软开关状态。搭建了动态无线充电系统实物平台,验证了动态无线充电系统中的软开关及高输出功率和传输效率的特性。     

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。     

带有大中继线圈的无线充电磁耦合器抗偏移特性研究

感应式电能传输技术在电动汽车实际应用中不可避免地出现原副边线圈相对位置错位,这会导致系统效率下降、线圈过流等一系列问题。针对这些问题,提出一种带大中继线圈的三线圈磁耦合器结构用于提升系统抗偏移能力。结合解析法和有限元法,分析了影响系统效率的关键因素,研究了不同补偿参数下三线圈磁耦合器传输性能以及不同偏移程度下两线圈和三线圈的互感和损耗的变化规律,并验证了含大中继线圈的三线圈磁耦合器在提升抗偏移能力方面的独特优势。在此基础上,提出基于两线圈和三线圈切换的具有强抗偏移能力的磁耦合器优化设计方法。设计并研制了线圈尺寸为400 mm×400 mm的磁耦合器样机,实验结果表明在偏移尺寸达到线圈尺寸50%、输出功率为3 kW的情况下,磁耦合器效率可达95 %,相比传统两线圈磁耦合器效率提升5 %。