一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构技术

本发明专利技术涉及一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法，该方法通过在电动汽车底盘的矩形拾取线圈上增设一个圆形补偿线圈来实现，所述的圆形补偿线圈的最优补偿匝数的获取具体包括以下步骤：S1：构建电动汽车无线充电弯道系统；S2：根据无线充电弯道系统，计算得到圆形补偿线圈的最优补偿匝数；S3：进行电动汽车无线充电弯道磁耦合互感仿真，对计算得到的最优补偿匝数进行验证；S4：若仿真验证的结果达到设定标准值，则将该最优补偿匝数用于圆形补偿线圈，与现有技术相比，本发明专利技术具有减小弯道的互感波动，提高弯道行驶时充电的稳定性等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构


[0001]本专利技术涉及电动汽车动态无线充电领域，尤其是涉及一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构。

技术介绍

[0002]磁耦合谐振式无线电能传输(Magnetic Coupling Resonance Wireless Power Transfer)技术，简称MCR-WPT技术，是一种通过磁耦合谐振方式进行电能传输的技术。该技术具有传输效率高、功率大、距离远和对介质依赖性小等优点，但也存在对线圈间耦合距离、角度偏转等变化敏感的缺点。因此，电能稳定无线传输仍是基础挑战，应用推广仍受技术瓶颈限制。电磁耦合结构设计是无线电能传输技术中的核心点，直接影响到系统的输出功率和传输效率的稳定性。
[0003]在现有的电动汽车动态无线充电技术中，大多集中在直道的电磁耦合结构上，多采用矩形拾取线圈，长导轨式或级联式的矩形发射线圈，其抗横向偏移有较好表现，且传输效率高，控制简单。但是当电动汽车在弯道行驶时，磁耦合结构的互感波动率较大，造成拾取电压波动较大，能量获取较低，不能满足电动汽车弯道平稳运行的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构，解决电动汽车在弯道行驶过程中，磁耦合结构处的互感下降以及其波动较大的问题，同时包括由互感波动引起的拾取电压下降和波动较大问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法，该方法通过在电动汽车底盘的矩形拾取线圈上增设一个圆形补偿线圈来实现，所述的圆形补偿线圈的最优补偿匝数的获取具体包括以下步骤：
[0007]S1：构建电动汽车无线充电弯道系统；
[0008]S2：根据无线充电弯道系统，计算得到圆形补偿线圈的最优补偿匝数；
[0009]S3：进行电动汽车无线充电弯道磁耦合互感仿真，对计算得到的最优补偿匝数进行验证；
[0010]S4：若仿真验证的结果达到设定标准值，则将该最优补偿匝数用于圆形补偿线圈。
[0011]进一步地，所述的电动汽车无线充电弯道系统包括设置于地面的发射线圈、设置于汽车内部的矩形拾取线圈、设置于矩形拾取线圈内的圆形补偿线圈以及用于弯道信号检测和汽车控制的信号检测控制端，所述的发射线圈包括弯道部分和与弯道部分连接的直道部分。
[0012]进一步地，所述的步骤S2具体包括：
[0013]S21：根据互感求解公式和纽曼公式，分别求出矩形拾取线圈在直道部分的互感值
M1、矩形拾取线圈在弯道部分的互感值M2以及圆形补偿线圈在弯道部分的互感值M3；
[0014]S22：根据电动汽车的能量拾取要求，计算得到最优匝数比ζ0；
[0015]S23：根据最优匝数比ζ0，计算得到圆形补偿线圈的最优匝数N*。
[0016]更进一步地，所述的矩形拾取线圈在直道部分的互感值M1、矩形拾取线圈在弯道部分的互感值M2以及圆形补偿线圈在弯道部分的互感值M3分别为：
[0017][0018][0019][0020]其中，N1为矩形拾取线圈的匝数，N2为发射线圈的匝数，N为圆形补偿线圈的匝数，G(L1,L2,D1,D2,h)、H(L1,L2,R1,R2,h,α)和F(R,R1,R2,h,α)分别为尺寸参数，L1为矩形拾取线圈的长度，L2为发射线圈直道部分的长度，D1为矩形拾取线圈的宽度，D2为发射线圈直道部分的宽度，h为矩形拾取线圈与发射线圈的垂直间距，R1为发射线圈弯道部分的内径，R2为发射线圈弯道部分的外径，α为发射线圈的转弯角度，R为圆形补偿线圈的半径。
[0021]更进一步地，所述的根据电动汽车的能量拾取要求具体为：电动汽车的能量拾取在直道部分和弯道部分的互感值相等。
[0022]所述的最优匝数比ζ0的表达式为：
[0023][0024]所述的最优匝数比ζ0根据电动汽车能量拾取要求的约束条件求解得到，所述的电动汽车能量拾取要求的约束条件的表达式为：M1＝M2+M3。
[0025]进一步地，所述的步骤S3具体包括：
[0026]在COMSOL仿真中将电动汽车弯道行驶模型搭建为一个矩形拾取线圈和弯道的发射线圈模型，并连接Matlab/Simulink进行联合仿真，得到电动汽车在直道部分和弯道部分磁耦合结构的互感波动率以及抗偏移能力。
[0027]更进一步地，所述的互感波动率的设定标准值为：小于等于
±
0.4％；所述的抗偏移能力的设定标准值为：在
±
5cm内互感波动率小于5％。
[0028]一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化结构，包括电动汽车、铺设于地面的与弯道角度相适应的发射线圈以及设置于电动汽车底盘的矩形拾取线圈，所述的电动汽车行驶于发射线圈的正上方，该结构还包括设置于电动汽车底盘的矩形拾取线圈上的圆形补偿线圈，所述的圆形补偿线圈的最优补偿匝数通过如所述的基于电动汽车无线充电弯道磁耦合结构的优化方法得到。
[0029]所述的圆形补偿线圈设置于高于矩形拾取线圈1cm处，所述的圆形补偿线圈的直径比矩形拾取线圈的长小2cm。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0031]1)本专利技术通过添加圆形补偿线圈对弯道处磁耦合结构进行优化，可以增加弯道磁耦合结构处的互感和电压的稳定，解决在电动汽车充电过程中，转弯时磁耦合结构处的互感波动较大，充电电压不稳定的问题，降低了互感波动率，进而维持了无线充电系统拾取电压的稳定；
[0032]2)本专利技术通过构建电动汽车无线充电弯道系统，计算得到圆形补偿线圈的最优匝数，并通过仿真验证，对弯道处磁耦合结构进行了进一步的优化，能够有效保证通过本专利技术优化后的弯道磁耦合互感结构，在互感波动率和抗偏移能力都满足安全稳定的要求，有效保证电动汽车弯道的平稳运行。
附图说明
[0033]图1为本专利技术方法的流程示意图；
[0034]图2为实施例中构建电动汽车无线充电弯道系统的示意图；
[0035]图3为实施例中弯道补偿能量传输系统尺寸标识示意图；
[0036]图4为不同角度弯道在不同匝数的圆形补偿线圈的情况下的互感波动图，其中，图(4a)为不设置圆形补偿线圈时不同角度弯道的互感波动率图，图(4b)为圆形补偿线圈为8匝时不同角度弯道的互感波动率图，图(4c)为圆形补偿线圈为9匝时不同角度弯道的互感波动率图，图(4d)为圆形补偿线圈为10匝时不同角度弯道的互感波动率图，图(4e)为圆形补偿线圈为11匝时不同角度弯道的互感波动率图；
[0037]图5为直道互感的计算示意图；
[0038]图6为矩形拾取线圈在弯道互感的计算示意图；
[0039]图7为圆形补偿线圈在弯道互感的计算示意图。
[0040]其中，1、信号发射模块，2、次级能量变换及控制模块，3、能量拾取模块，31、矩形拾取线圈，3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法，其特征在于，该方法通过在电动汽车底盘的矩形拾取线圈上增设一个圆形补偿线圈来实现，所述的圆形补偿线圈的最优补偿匝数的获取具体包括以下步骤：S1：构建电动汽车无线充电弯道系统；S2：根据无线充电弯道系统，计算得到圆形补偿线圈的最优补偿匝数；S3：进行电动汽车无线充电弯道磁耦合互感仿真，对计算得到的最优补偿匝数进行验证；S4：若仿真验证的结果达到设定标准值，则将该最优补偿匝数用于圆形补偿线圈。2.根据权利要求1所述的一种基于电动汽车无线充电弯道磁耦合结构的优化方法，其特征在于，所述的电动汽车无线充电弯道系统包括设置于地面的发射线圈、设置于汽车内部的矩形拾取线圈、设置于矩形拾取线圈内的圆形补偿线圈以及用于弯道信号检测和汽车控制的信号检测控制端，所述的发射线圈包括弯道部分和与弯道部分连接的直道部分。3.根据权利要求1所述的一种基于电动汽车无线充电弯道磁耦合结构的优化方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：S21：根据互感求解公式和纽曼公式，分别求出矩形拾取线圈在直道部分的互感值M1、矩形拾取线圈在弯道部分的互感值M2以及圆形补偿线圈在弯道部分的互感值M3；S22：根据电动汽车的能量拾取要求，计算得到最优匝数比ζ0；S23：根据最优匝数比ζ0，计算得到圆形补偿线圈的最优匝数N*。4.根据权利要求3所述的一种基于电动汽车无线充电弯道磁耦合结构的优化方法，其特征在于，所述的矩形拾取线圈在直道部分的互感值M1、矩形拾取线圈在弯道部分的互感值M2以及圆形补偿线圈在弯道部分的互感值M3分别为：分别为：分别为：其中，N1为矩形拾取线圈的匝数，N2为发射线圈的匝数，N为圆形补偿线圈的匝数，G(L1,L2,D1,D2,h)、H(L1,L2,R1,R2,h,α)和F(R,R1,R2,h,α)分别为尺寸参数，L1为矩形拾取线圈的长度，L2为发射线圈直道部分的长度，D1为矩形拾取线圈的宽度，D2为发射线圈直道部分的宽度，h为矩形拾取线圈与发射线圈的垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵帆帆，胥飞，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：