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磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统设计
| 论文题名： | 磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统设计 |
| 关键词： | 电动汽车;无线充电系统;磁耦合谐振;耦合线圈;电磁屏蔽 |
| 摘要： | 汽车电动化、智能化发展是当今汽车行业的重要主题，这也对汽车充电技术提出了更高的要求。电动汽车无线充电系统没有裸露的充电插头、充电安全可靠，可以实现停车即充，更加适应汽车智能化发展方向。研究无线充电系统能量传输原理，对关键部件进行优化分析，是提高系统性能的重要手段。针对磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统，分析补偿拓扑的传输特性并对磁耦合机构进行优化设计，提出一套传输效率高、抗偏移能力强的无线充电系统设计方案。 根据无线充电系统组成及工作原理，建立了4种基本补偿拓扑的互感理论模型，分析了传输特性。S-S补偿拓扑能够在较小的耦合系数、较小的负载阻值情况下实现高效率高功率输出，且传输效率大于85%的有效工作区间更宽，选定S-S补偿拓扑。 基于AnsysElectronicsDesktop软件建立耦合线圈模型，对同尺寸的圆形、矩形、圆角矩形线圈的互感、耦合系数、磁场分布进行分析，选择耦合系数较高且磁场分布均匀的圆角矩形线圈；分析线圈尺寸参数对耦合系数的影响，在线圈外尺寸一定时，线圈匝数、线径对耦合系数几乎没有影响，线圈内尺寸对耦合系数影响比较大；利用AnsysoptiSLang实现线圈尺寸参数的最优化设计。 建立了3种不同形状的磁芯模型，选定耦合系数大、磁芯用量较小、抗偏移能力强的L形辐条磁芯，分析了磁芯条数、长度等尺寸参数对耦合系数的影响；建立了3种不同形状的铝屏蔽层模型，测量点的磁感应强度值均远小于标准GB∕T38775.4-2020规定限值，为减轻重量，且兼顾耦合系数，选择铝环作为铝屏蔽层，分析了铝环内外边长、厚度对耦合系数的影响；对电磁屏蔽机构尺寸参数进行优化，优化后耦合系数和抗偏移能力均有所提高；基于Simulink对优化设计的磁耦合机构进行电路仿真，3kW无线充电系统原副边线圈之间的传输效率达到95%。搭建200W无线充电系统实验样机，原副边线圈间的传输效率达到88.36%，满足标准GB∕T38775.1-2020要求，验证了线圈优化设计方案的可行性。 |
| 作者： | 窦胜月 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 王生昌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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