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大功率动态无线充电系统磁耦合结构优化与设计
| 论文题名： | 大功率动态无线充电系统磁耦合结构优化与设计 |
| 关键词： | 电动汽车;动态无线电能传输;磁耦合线圈;结构优化 |
| 摘要： | 动态无线电能传输技术能够在电动汽车行驶过程中为其充电，在电池储能技术短期内难以实现突破的情况下，该技术能够有效地提高电动汽车的续航里程。磁耦合线圈作为无线电能传输的主要部件，对无线电能传输系统的能效特性、偏移容忍度、电磁辐射等性能有着极大的影响，这也是制约动态无线电能传输技术发展的主要因素。针对上述问题，本文设计了动态无线电能传输系统，深入研究了双边LCC谐振补偿网络及磁耦合线圈的设计优化方法，具体工作内容如下： 针对大功率动态无线电能传输的特性，对本系统的磁耦合结构提出了空间约束、偏移性能、电磁屏蔽性能、能效特性4个方面的要求；设计并分析了无线电能传输系统的外电路及其作用，包括：高频逆变电路、整流电路、DC/DC变换电路。 建立了DD型线圈结构的电路及磁路模型。分析了双边LCC谐振补偿网络的工作原理，对动态无线充电发射线圈间自耦合的影响进行分析，以此为基础对自耦合提出约束。建立其非理想状态下的数学模型，分析谐振补偿网络参数及磁耦合线圈参数对系统能效特性及偏移性能的影响，分析了磁耦合线圈对谐振补偿元件应力的影响。为了降低系统补偿元件应力,提高系统能效特性及偏移容忍度，提出了一种基于效率最优原则的双边对称LCC谐振补偿网络参数设计方法，实现了系统优越的能效特性和偏移性能。 提出一种磁耦合线圈结构设计优化方法。该方法在满足系统传输功率和空间约束的情况下，兼顾系统静态与动态性能，以磁芯结构的屏蔽特性、偏移性能、耦合性能、磁芯用量、磁芯损耗为参照标准，对线圈长宽比例、两种不同的磁芯结构的尺寸等关键参数进行了设计。针对动态无线充电系统，综合考虑到能量发射线圈自耦合及系统输出功率脉动，设计了能量发射线圈的摆放间距。 通过仿真及实验验证了谐振补偿网络参数设计及磁耦合线圈设计优化的正确性、有效性。在PLECS中搭建了系统静态及动态仿真模型，验证对系统传输功率及效率分析的正确性，验证了优化后磁耦合线圈的优越性。搭建垂直传输距离为200mm的无线电能传输系统，进行了静态及动态实验，验证了仿真及理论分析的正确性，最后在95.84%的效率下实现了14kW的功率传输。 |
| 作者： | 倪昕 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 张立炎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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