电动汽车无线供电系统电能发射与接收线圈的研究

作     者：左少林 

作者单位：上海电机学院 

学位级别：硕士

导师姓名：胥飞;禹华军

授予年度：2020年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：电动汽车 无线供电系统 电能发射线圈 能量获取线圈 

摘      要：随着可开发利用的化石能源越来越少,环境污染日益严重等问题的产生严重影响了人类社会的发展,造成环境污染主要原因之一便是汽车尾气排放,为解决这一问题,各国政府开始号召使用新能源汽车,来减少汽车尾气排放对环境造成的污染。在新能源汽车领域,关于电动汽车的发展最为引人注目,因为汽车现在已经成为家庭的主要交通工具,与人们的生活息息相关。最近几年,电动汽车技术发展迅猛,但绝大多数电动汽车的充电方式依然采用电缆插线式充电,即接触式充电。这种充电方式存在很多弊端,譬如充电时间长、受充电地点限制、充电设备磨损大、存在一定的安全隐患等。除此之外,电动汽车车载旧电池不仅自身重量较大,而且由于老化更换造成新的环境污染依然严重,这些缺点也越来越影响人们的用车体验,受到人们广泛关注。为了解决当前电动汽车的种种缺点,许多科研人员从电磁感应耦合能量传输（Inductive Coupled Power Transfer,ICPT）的技术角度出发,利用其原理将电网中的电能通过不接触方式传递到汽车内,实现电动汽车的运行。这样便可以解决接触式充电的诸多弊端。本文主要研究电动汽车在动态充电过程中出现的问题,当在使用的电能发射线圈为分段级联式时,车载能量获取线圈在导轨级联处出现互感下降导致的电压和充电效率降低问题进行深入研究,在已有研究的基础上提出一种四阶梯形相嵌式电能发射线圈结构,并结合理论对该结构优化改进,对设计方案进行大量软件仿真实验以及实验验证。基于COMSOL Multiphysics电磁仿真软件和MATLAB运算软件,对矩形车载能量获取线圈在运行域和切换域之间进行电磁联合仿真,通过理论计算得到切换域补偿线圈与运行域线圈之间的匝数比,通过仿真软件搭建3D仿真模型,不断优化调整参数结构,将实验得到的互感值与磁场分布进行对比分析,从而得到最优的理论模型;在此基础上,对能量获取线圈的大小与能量获取效率之间进行深入研究,得到最优的能量获取线圈参数,并针对该种能量获取线圈仿真得到横向偏移容忍度以及整个供电系统效率。最后对所研究对象进行实验验证。搭建与仿真参数一致的实验平台,测试能量获取线圈的电压和电流,计算无线供电的效率并与已有的研究结果进行对比。实验结果表明本文设计的四阶梯形相嵌式电能发射线圈以及矩形车载能量获取线圈有较好的可行性与实用性。