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电动汽车ICPT供电系统耦合线圈的研究

Research on Coils of Magnetic Coupler Applied to ICPT-based EVs’Wireless Power Supply System

【作 者】张帅

【摘 要】

能源与环境问题对世界产生的巨大影响及汽车科技的日益进步,使得很多国家政府、汽车企业以及相关专家学者对新能源汽车的未来都充满了期盼和信心。其中,电动汽车最引人注目,也最受大众青睐。目前,电动汽车普遍采用接触式充电方式,该充电方式存在充电时间长、充电对环境依赖大、充电存在安全隐患、操作繁杂、接插件易磨损等不可避免的缺点;另一方面,现应用于电动汽车的车载动力电池组笨重、生产成本较高、续航里程较短,并且大量废弃的电池组将会带来新的环境污染。电动汽车的发展与推广受到了上述问题的严重限制。电磁感应耦合能量传输(Inductive Coupled Power TransferICPT)技术能够实现电能从电网电源到电动汽车的无线接入,从而解决了传统接触式充电方式存在的上述问题;此外,ICPT 技术还能够对行驶状态的电动汽车进行电能的实时供给。ICPT技术为电动汽车的发展开拓了一种新思路。

电磁耦合机构在电动汽车实现电能无线接入中至关重要。根据电能无线接入时电动汽车的行驶状态不同,可以分为电动汽车 ICPT 充电和电动汽车 ICPT 供电两种方式。根据电能发射导轨线圈得失电的方式不同,可以分为导轨集中供电模式和导轨分段供电模式。在导轨分段供电模式下,基于 ICPT 无线供电技术的电动汽车在传统典型矩形供电导轨线圈间进行导轨切换运行或停跨于两能量导轨线圈间时,电磁耦合机构耦合度不足,车载动力必需的拾取电压亦随之下降,不仅造成电动汽车的运行受影响,甚至会造成电动汽车无法起动的现象。

针对上述问题,本文主要围绕导轨分段供电模式下的电动汽车 ICPT 供电系统电磁耦合线圈,从电磁耦合线圈结构设计、参数设计两方面展开研究,提出了一种适用于电动汽车 ICPT 供电系统的对嵌式电能供给导轨线圈结构及其参数的设计方法,解决了 ICPT 无线供电电动汽车在导轨切换过程中出现的耦合度下降、拾取电压不足的问题;并基于 Ansoft Maxwell 软件平台及电动汽车 ICPT 供电系统实验平台对文中提出的对嵌式电能供给导轨线圈结构及其参数的理论设计方法进行验证。仿真和实验结果验证了对嵌式电能供电导轨线圈的有效性、可行性。

【关键词】电动汽车;无线电能传输;电磁耦合机构;参数设计

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