CN112373321B - 一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构 - Google Patents

一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构 Download PDF

Info

Publication number
CN112373321B
CN112373321B CN202011181056.3A CN202011181056A CN112373321B CN 112373321 B CN112373321 B CN 112373321B CN 202011181056 A CN202011181056 A CN 202011181056A CN 112373321 B CN112373321 B CN 112373321B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coil
mutual inductance
compensation
electric automobile
rectangular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011181056.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112373321A (zh
Inventor
赵帆帆
胥飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Dianji University
Original Assignee
Shanghai Dianji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Dianji University filed Critical Shanghai Dianji University
Priority to CN202011181056.3A priority Critical patent/CN112373321B/zh
Publication of CN112373321A publication Critical patent/CN112373321A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112373321B publication Critical patent/CN112373321B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/122—Circuits or methods for driving the primary coil, e.g. supplying electric power to the coil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/34—Plug-like or socket-like devices specially adapted for contactless inductive charging of electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

本发明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。

Description

一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构
技术领域
本发明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。
背景技术
磁耦合谐振式无线电能传输(Magnetic Coupling Resonance Wireless PowerTransfer)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。
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。
发明内容
本发明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。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
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。
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。
进一步地，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，计算得到最优补偿匝数比ζ0；
S23：根据最优补偿匝数比ζ0，计算得到圆形补偿线圈的最优补偿匝数N*。
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：
Figure GDA0003684381350000021
Figure GDA0003684381350000022
Figure GDA0003684381350000023
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。
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。
所述的最优补偿匝数比ζ0的表达式为：
Figure GDA0003684381350000031
所述的最优补偿匝数比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。
进一步地，所述的步骤S3具体包括：
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。
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％。
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。
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。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明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；
2)本发明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补偿匝数，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发明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
图1为本发明方法的流程示意图；
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；
图3为实施例中弯道补偿能量传输系统尺寸标识示意图；
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；
图5为直道互感的计算示意图；
图6为矩形拾取线圈在弯道互感的计算示意图；
图7为圆形补偿线圈在弯道互感的计算示意图。
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，32、圆形补偿线圈，4、电动机，5、地面，6、发射线圈，61、直道部分，62、弯道部分。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
本发明提供一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法，通过在电动汽车底盘的矩形拾取线圈31上增设一个圆形补偿线圈32来实现，另外发射线圈6铺设成与弯道角度相适应的结构，电动汽车行驶于发射线圈的正上方，同时接通220V的交流电。
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，由图(4a)～图(4e)可知，增设圆形补偿线圈32前，矩形拾取线圈31与发射线圈6互感的波动较大，四种弯道角度的互感波动率分别为：1.37％、2.62％、3.15％、3.47％，随着转弯角度增加，波动增加，但增幅降低，使用补偿线圈后，电磁耦合结构的互感波动得到大幅降低。这说明圆形补偿线圈31能够有效降低互感波动率，提高电动汽车运行稳定性。但是矩形拾取线圈31匝数的不同，会导致其互感波动降低的程度有很大区别，且当匝数超过某一值时，互感波动率又会上升，因此需要对圆形补偿线圈的最优补偿匝数进行计算，进一步进行优化。
圆形补偿线圈的最优补偿匝数通过以下步骤获取：
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。
下面结合具体实施例，对各步骤进行详细说明：
S1：构建电动汽车无线充电弯道系统。
如图1所示，以90°弯道为例，构建的系统包括发射线圈6、能量拾取模块3、信号发射模块1、次级能量变换及控制模块2、电动机4等，信号发射模块1设置于电动汽车前方，用于检测转弯信号，发射线圈6埋设于地面5且与地面5的弯道角度相匹配，能量拾取模块3包括设置于汽车内部的矩形拾取线圈31和设置于矩形拾取线圈31上的圆形补偿线圈32，发射线圈6包括弯道部分62和与弯道部分62连接的直道部分61，弯道部分62与直道部分61的交界处设置信号检测端，与信号发射模块1配合。
当电动汽车正常行驶于直道上时，汽车内部矩形拾取线圈31与地下的发射线圈6的直道部分61进行能量的传输，矩形拾取线圈31将拾取的能量经过电能调控后，供给发动机4，从而驱动电动汽车的前进。当电动汽车行驶到弯道前一个车身位置时，埋于地下的发射线圈6中的信号检测端检测到汽车到来。汽车前端的信号发射模块1接收到开始转弯的信号，车载的圆形补偿线圈32作好能量接收的准备。
如图2所示，为构建的电动汽车无线充电弯道系统的尺寸标识示意图，矩形拾取线圈31长为L1，宽为D1，匝数为N1。矩形拾取线圈31与发射线圈6的垂直间距为h；发射线圈6匝数为N2，其直道部分61的长为L2，宽为D2，弯道部分62的转弯角度为α，半径的内径为R1，外径为R2；圆形补偿线圈32的半径为R，圆形补偿线圈32的边缘与矩形拾取线圈31的长度方向的两边保留约1cm间距，同时，放置在高于矩形拾取线圈约1cm处。
发射线圈6和矩形拾取线圈31之间的参数存在如下关系：
Figure GDA0003684381350000061
下表为本实施例中，矩形拾取线圈31、发射线圈6和圆形补偿线圈32的主要参数：
Figure GDA0003684381350000062
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。
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，计算得到最优补偿匝数比ζ0；
S23：根据最优补偿匝数比ζ0，计算得到圆形补偿线圈的最优补偿匝数N*。
其中，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：
Figure GDA0003684381350000063
Figure GDA0003684381350000064
Figure GDA0003684381350000071
其中，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，计算过程如下：
根据电感计算手册中关于两个平行平面间直、圆弧导线互感的推导，其他条件一定时，互感只受以耦合机构尺寸及耦合距离为参变量的函数影响，本发明定义该函数为尺寸函数。将计算互感的模型图划分成由导线组成的模型如图3所示，根据互感计算方法，只需计算导线之间互感后叠加即为整体互感。
(1)直道互感计算如图5所示，矩形拾取线圈31在直道部分61上互感为：
M1＝MAa+MCa+MAc+MCc+MBb+MBd
其中，MAa为矩形拾取线圈31中导线a与发射线圈6的直道部分61中导线A的互感，MCa为矩形拾取线圈31中导线a与发射线圈6的直道部分61中导线C的互感，MAc为矩形拾取线圈31中导线c与发射线圈6的直道部分61中导线A的互感，MCc为矩形拾取线圈31中导线c与发射线圈6的直道部分61中导线C的互感，MBb为矩形拾取线圈31中导线b与发射线圈6的直道部分61中导线B的互感，MBd为矩形拾取线圈31中导线d与发射线圈6的直道部分61中导线B的互感。MAa的计算式为：
Figure GDA0003684381350000072
通过上式可以计算出互感MAa，同理，可以计算出其余5个分量。当接收线圈和发射线圈的位置已知时，可得到在直道上时的互感只和发射线圈6与矩形拾取线圈31的尺寸有关，可表示为：
Figure GDA0003684381350000081
将互感MAa的尺寸函数设为g1(L1,L2,h)，同理，可得其余5个分量的尺寸函数。将直道互感中6个尺寸函数累加为G(L1,L2,D1,D2,h)可得矩形拾取线圈在直道部分的互感值M1为：
Figure GDA0003684381350000082
(2)矩形拾取线圈在弯道互感计算如图6所示，矩形拾取线圈在弯道上互感为：
M2＝MEa+MFa+MEb+MFb+MEc+MFc+MEd+MFd
其中，MEa为矩形拾取线圈31中导线a与发射线圈6的弯道部分62中导线E的互感，MFa为矩形拾取线圈31中导线a与发射线圈6的弯道部分62中导线F的互感，MEb为矩形拾取线圈31中导线b与发射线圈6的弯道部分62中导线E的互感，MFb为矩形拾取线圈31中导线b与发射线圈6的弯道部分62中导线F的互感，MEc为矩形拾取线圈31中导线c与发射线圈6的弯道部分62中导线E的互感，MFc为矩形拾取线圈31中导线c与发射线圈6的弯道部分62中导线F的互感，MEd为矩形拾取线圈31中导线d与发射线圈6的弯道部分62中导线E的互感，MFd为矩形拾取线圈31中导线d与发射线圈6的弯道部分62中导线F的互感，MEa的计算式为：
Figure GDA0003684381350000083
Figure GDA0003684381350000084
Figure GDA0003684381350000085
式中弯道角度α＝α2-α1,0≤α≤π。当发射和接收线圈的相对位置已知时，可得到互感与线圈尺寸有关，表示为：
Figure GDA0003684381350000091
上式中
Figure GDA0003684381350000092
将互感MEa的尺寸函数设为h1(L1,R1,α,h)，则化简为：
Figure GDA0003684381350000093
同理，可得其余7个分量的尺寸函数。将弯道互感中8个尺寸函数累加为，可得矩形拾取线圈在弯道部分的互感值M2为：
Figure GDA0003684381350000094
(3)圆形补偿线圈在弯道互感计算如图7所示，圆形补偿线圈在弯道上互感为：
Figure GDA0003684381350000095
其中，
Figure GDA0003684381350000096
为圆形补偿线圈32的内圆形补偿线圈r1与发射线圈6的弯道部分62中导线E的互感，
Figure GDA0003684381350000097
为圆形补偿线圈32的内圆形补偿线圈r2与发射线圈6的弯道部分62中导线E的互感，
Figure GDA0003684381350000098
为圆形补偿线圈32的内圆形补偿线圈r1与发射线圈6的弯道部分62中导线F的互感，
Figure GDA0003684381350000099
为圆形补偿线圈32的内圆形补偿线圈r2与发射线圈6的弯道部分62中导线F的互感。λ为发射线圈6的弯道部分62中导线E上任意一点P与P’点形成的圆弧段，圆弧PP’所对的圆心角为σ，0≤σ≤α，互感
Figure GDA00036843813500000910
的计算式为：
Figure GDA00036843813500000911
Figure GDA00036843813500000912
M′为内圆形补偿线圈r2与另一半径为ρ的同轴圆形回路的互感，d为圆形补偿线圈与圆弧所在平面的距离，K、J为椭圆积分：
Figure GDA0003684381350000101
Figure GDA0003684381350000102
Figure GDA0003684381350000103
因为dλ＝R1dσ,
Figure GDA0003684381350000104
则互感
Figure GDA0003684381350000109
为：
Figure GDA0003684381350000105
将互感
Figure GDA0003684381350000106
的尺寸函数设为f1(R,R1,h,α)，同理，可得其余3个分量的尺寸函数。将弯道互感中4个尺寸函数累加为F(R,R1,R2,h,α)，可得圆形补偿线圈在弯道部分的互感值M3为：
Figure GDA0003684381350000107
计算得到三个互感值后，根据电动汽车的能量拾取系统在直道和弯道上互感应保持基本相等，即约束条件的表达式为：M1＝M2+M3，并根据最优补偿匝数比ζ0的表达式：
Figure GDA0003684381350000108
可以求解得到最优补偿匝数比ζ0，最终可以求出弯道圆形补偿线圈的最优补偿匝数N*。
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。具体为，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。同时连接Matlab/Simulink进行联合仿真，并通过理论推导出弯道互感计算公式，得出了最优补偿的匝数比，最后根据得出的参数搭建相应的实物模型，观察优化后的效果是否达到预期。
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，具体为：
互感波动率的设定标准值为：小于等于±0.4％；抗偏移能力的设定标准值为：在±5cm内互感波动不明显，即互感波动率小于5％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

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，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；
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，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，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：
Figure FDA0003684381340000011
Figure FDA0003684381340000012
Figure FDA0003684381340000013
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，μ0为真空导磁率；
S22：根据电动汽车的能量拾取要求，计算得到最优补偿匝数比ζ0，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，所述的最优补偿匝数比ζ0的表达式为：
Figure FDA0003684381340000021
所述的最优补偿匝数比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；
S23：根据最优补偿匝数比ζ0，计算得到圆形补偿线圈的最优补偿匝数N*，具体为：
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；
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，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％；
用以实现电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法的电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化结构，该结构包括电动汽车、铺设于地面的与弯道角度相适应的发射线圈、设置于电动汽车底盘的矩形拾取线圈以及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基于电动汽车无线充电弯道磁耦合结构的优化方法得到，所述的电动汽车行驶于发射线圈的正上方，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。
CN202011181056.3A 2020-10-29 2020-10-29 一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构 Active CN112373321B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011181056.3A CN112373321B (zh) 2020-10-29 2020-10-29 一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011181056.3A CN112373321B (zh) 2020-10-29 2020-10-29 一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112373321A CN112373321A (zh) 2021-02-19
CN112373321B true CN112373321B (zh) 2022-08-23

Family

ID=74575998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011181056.3A Active CN112373321B (zh) 2020-10-29 2020-10-29 一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112373321B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105857105A (zh) * 2016-04-25 2016-08-17 安徽赛万科技有限责任公司 一种电动汽车无线充电原边线圈智能移动装置
CN111016693A (zh) * 2019-11-27 2020-04-17 上海电机学院 一种适用于多角度弯道下电动汽无线充电系统
CN111245108A (zh) * 2020-01-16 2020-06-05 福州大学 一种基于ss补偿的无线电能传输磁耦合系统的发射与接收线圈匝数优化设计方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10814729B2 (en) * 2013-11-14 2020-10-27 Momentum Dynamics Corporation Method and apparatus for the alignment of a vehicle and charging coil prior to wireless charging

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105857105A (zh) * 2016-04-25 2016-08-17 安徽赛万科技有限责任公司 一种电动汽车无线充电原边线圈智能移动装置
CN111016693A (zh) * 2019-11-27 2020-04-17 上海电机学院 一种适用于多角度弯道下电动汽无线充电系统
CN111245108A (zh) * 2020-01-16 2020-06-05 福州大学 一种基于ss补偿的无线电能传输磁耦合系统的发射与接收线圈匝数优化设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
电动汽车无线充电系统弯道互感;骆强等;《上海电机学院学报》;20200225(第01期);37-43 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112373321A (zh) 2021-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8907680B2 (en) Voltage detector, malfunction detecting device, contactless power transmitting device, contactless power receiving device, and vehicle
US9899145B2 (en) Winding arrangements in wireless power transfer systems
JP5083480B2 (ja) 非接触給電設備、車両および非接触給電システムの制御方法
JP5594375B2 (ja) 非接触受電装置およびそれを搭載した車両、非接触給電設備、非接触受電装置の制御方法、ならびに非接触給電設備の制御方法
US20150077053A1 (en) Pickup coil design for tight spaces and asymmetrical coupling
JP5884830B2 (ja) 非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電システム
CN111193329B (zh) 三发射线圈耦合机构及其构成的磁耦合wpt系统
US20140225563A1 (en) Power transmitting device, vehicle, and power transfer system
EP3084914A1 (en) Coil topologies for inductive power transfer
US20200021144A1 (en) Method and system for reducing magnetic field emissions from double-d couplers
CN107248773B (zh) 一种电动汽车无线充电装置
CN209852096U (zh) 一种调整agv无线充电的接收装置
CN109741925B (zh) 应用于移动设备动态无线供电系统的带oqo线圈组的接收端
CN111016693B (zh) 一种适用于多角度弯道下电动汽无线充电系统
CN117118093A (zh) 一种多线圈无线电能传输系统及其补偿参数优化方法
CN109361271B (zh) 一种增强型电子产品无线充电装置及其设计方法
CN112373321B (zh) 一种电动汽车无线充电弯道磁耦合互感优化方法和结构
CN107612153B (zh) 一种电动汽车无线供电系统的三线圈结构
CN109733221A (zh) 一种调整agv无线充电的接收装置及处理方法
CN113904460A (zh) 一种无线能量接收装置及多级导轨式无线能量传输系统
US20140246922A1 (en) Electric power reception device, electric power transmission device, and electric power transfer system
JP2011166931A (ja) 受電装置およびそれを備える車両
CN111987807A (zh) 一种用于阶梯型动态汽车无线供电系统的线圈设计方法
Bayraktar et al. Constant current/voltage charging of a 250w e-bike with wireless power transfer
CN109586419B (zh) 一种动态无线电能传输系统功率优化分配方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant