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基于柔性线圈的电动汽车无线充电系统设计
| 论文题名： | 基于柔性线圈的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;柔性可延展线圈;响应面优化 |
| 摘要： | 随着无人驾驶技术的发展，电动汽车的智能化便捷化充电方式是将来的发展趋势。所以研究电动汽车的无线充电具有重要的意义。然而，传统的车底式无线传输系统由于发射线圈和接收线圈之间的距离较远和不易对中，造成充电效率往往不理想，阻碍了汽车无线充电技术的推广。针对以上存在的问题，本文进行了以下几项研究： (1)提出车顶式无线充电的方案，将接收线圈安装在车顶上，发射线圈悬挂车顶上方。当进行无线充电时，将发射线圈贴合在车顶上就可以进行无线电能传输。借鉴蛇形导线的柔性和可拉伸性来设计柔性充电线圈，该线圈可以保证线圈与弧面车顶的紧密贴合。缩小线圈间的距离，进而提高无线电能传输的效率。 (2)介绍了无线充电系统的组成和各个功能电路的作用。为了提高无线充电的效率，分别研究了SS型、SP型、PS型、PP型四种基本补偿网络的传输性能。分析了四种补偿网络的传输特性，根据电动汽车无线充电的应用场景，选用PP型为无线充电系统的补偿网络。通过电路仿真研究了参数对PP型补偿网络传输性能的影响。 (3)为了使线圈具有良好的延展性，对蛇形导线的延展性进行了分析研究。依据材料力学中的梁弯曲变形理论和平面曲杆变形理论，对蛇形导线的拉伸变形进行了理论推导。通过有限元模拟和理论计算的结果对比，证明理论计算的准确性。并且探究了蛇形导线几何参数对蛇形导线变形的影响。 (4)柔性线圈应用于车顶式无线充电系统，需要具有高的延展性和导电性。由于柔性线圈是由周期性的蛇形导线构成，所以对蛇形导线的几何参数进行分析优化。响应面方法可以分析多个变量及其交互作用对响应的影响。利用响应面方法探究几何参数对弹性延伸率和电阻的影响，通过优化得到了一组最优参数，在蛇形导线的弹性延伸率保持基本不变的条件下，电阻降低了31.65％。 (5)根据以上的理论分析，首先选用三款无线充电芯片，根据其引脚功能搭建无线充电系统的电路。根据线圈的参数和无线充电系统的参数选择谐振补偿电容和负载。通过实验，结合有限元仿真模拟实验，对比优化前后无线充电系统的效率。结果证明优化后无线充电系统的充电效率提高了约10%。 |
| 作者： | 任俊伟 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 平学成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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