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电动汽车无线充电系统磁芯结构的设计及优化

材料写作网    时间: 2020-06-29 05:15:12     阅读:次     手机站


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摘 要:针对电动汽车无线充电系统耦合系数小、充电效率偏低的问题,提出一种可提高耦合系数的磁芯设计优化方法。根据相关电路和磁路模型,给出了耦合系数与输出功率和效率的关系,推导了单圆形线圈和DD(doubleD)形线圈的耦合系数的磁路表达式,为磁芯结构设计及优化提供依据。给出了一种磁芯结构的设计优化流程,并根据流程提出了单圆形线圈的车轮形优化磁芯结构和DD线圈的凹形优化磁芯结构。三维有限元仿真和实验结果表明:在同样的线圈面积下,优化的磁芯结构对耦合系数有10%~30%的提升。采用优化磁芯结构的无线充电系统,与原充电系统对比,充电效率明显提升。

关键词:磁芯结构;设计优化;磁耦合机构;耦合系数;电动汽车无线充电

中图分类号:TM 724

文献标志码:A

文章编号:1007-449X(2018)01-0008-08

0 引 言

相比于有线充电桩,电动汽车无线充电技术可节省地面资源,适应恶劣环境并且没有接触火花危险,可用于移动供电并有望弥补电动汽车电池能量密度不高的现状[1-4],近几年来其研究和应用越来越受到关注。电动汽车充电一般要求充电设备具备大功率和高效率的输出能力,然而输出功率和效率却是制约无线充电技术发展的关键因素。

要提高无线充电设备的效率和输出功率,磁耦合机构的设计十分关键。应用于电动汽车无线充电的耦合线圈一般距离都在150~250 mm之间[5-6],线圈的漏电感要远远大于两者的互感,导致耦合系数很小。要提高无线充电设备的输出功率和效率,关键在于提高松耦合线圈的耦合系数。

目前,通常采用添加磁芯和改进线圈形状的方式提高两线圈的耦合系数。文献[7]设计了一种DD(doubleD)型线圈,以及后来延伸出来的DDQ线圈[8],这两种线圈与圆形普通线圈相比,耦合系数较高,偏移容忍度较大;文献[9]在保证耦合系数的基础上,通过有限元分析和实验优化了磁芯的结构,减小了磁耦合机构的重量;文献[10]对DD线圈和单极线圈的磁芯形状和数量进行了优化,旨在寻找最大耦合系数;文献[11]提出了一种DLDD形式的线圈结构,传输距离和充电区域都有所改善。上述文献没有在相关理论的基础上,针对特定的线圈提出最优磁耦合机构的设计流程和方法;而且上述文献采用了大小...



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