提高基于电磁感应耦合原理的电动汽车非接触式充电效率方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种提高基于电磁感应耦合原理的电动汽车非接触式充电效率方法。
【背景技术】
[0002]在当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战的情况下，发展电动汽车，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。目前，我国已出台许多政策，扶持和引导电动汽车行业的快速发展，政府意欲加速提高国内电动车产业的竞争力，缩短成熟期，实现对国外汽车工业的“弯道超车”。电动汽车的发展步入关键时期，机遇与挑战并存。
[0003]无线充电技术在电动汽车上的应用，是通过埋设于地表的一次线圈与固定于车辆底盘的二次线圈的电磁耦合传输电能来实现的。随着电动汽车以及移动机器人等的发展，无线充电的需求越来越大。对动力电池进行充电，具有安全环保、全自动、免维护等一系列优点。目前常用的三种无线充电技术中，因为ICPT和ERPT在中等距离的传输效率较高，更适合于电动汽车充电。
[0004]感应親合电能传输技术ICPT将传统变压器的感应親合磁路分开，实现电源与负载单元之间无物理连接的能量耦合。通过设计原副线圈的不同几何结构，并对原副线圈的匝数、横截面积及其相对位置等参数变量进行优化和比较，最后得出一种最优的基于ICPT系统的电动汽车非接触式充电效率的方法。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高基于电磁感应耦合原理的电动汽车非接触式充电效率方法，其目的是设计最优化的ICPT系统来为电动汽车电池充电，接近达到效率传输的最大化。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种提高基于电磁感应耦合原理的电动汽车非接触式充电效率方法，该方法是在原边线圈外接电源，通过电磁感应耦合副边线圈产生能量的条件下进行对设备系统充电的，该设备系统包括道路导轨铺设的原边线圈和电动汽车内置的副边线圈，通过电磁感应耦合系统的拓扑结构改变所述原副边线圈的尺寸匝数和原副边线圈的相对位置来对电动汽车电池进行非接触式充电，该方法包括以下步骤:
[0007]A)电磁感应耦合系统模型的数据准备，包括原边线圈的输入电压设定为220V，原边线圈的最大匝数设定为27匝，副边线圈的最大匝数设定为7匝，原边线圈的最大电流密度设定为5A/mm2，副边线圈的最大电流密度设定为4A/mm2，原边线圈和副边线圈的初始匝数均设定为I匝，原边线圈的横截面积设定为2.5mm2，副边线圈的横截面积设定为10mm2，副边线圈的频率因数设定为I。
[0008]B)数据准备完成后，调整副边线圈的频率因数，使得副边线圈的转移功率P2S电动汽车的负载功率Pltjad，接着调整原边线圈和副边线圈的横截面积，使得原副边线圈的电流密度小于原副边线圈的最大电流密度。
[0009]C)电流密度满足要求后，判断原边线圈和副边线圈的现有匝数是否小于原边线圈和副边线圈的最大匝数，并给原边线圈和副边线圈的现有匝数加一。
[0010]D)检测原副边线圈的补偿拓扑结构和设备的ICPT系统相结合是否达到效率提高的要求，优化完成最终线圈。
[0011]本发明的效果是该方法所提出的提高基于ICPT系统应用到电动汽车电池充电的理想最优化设计途径可以实现对汽车电池充电的能源利用率接近最大化。通过进行不同的测试，在一个2-kW功率的标准下检测所设计系统的正常运作性，结果表明该方法帮助实现了一个高达82 %的效率，这个效率甚至可以在一个有着15cm大空气沟道的环境下实现，有效提高了无线充电的安全性以及能源充分利用性。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的带补偿的ICPT设计系统框图。
[0013]图中:
[0014]1、原副边线圈的结构固定，输入电压设定，初始化原副边线圈的最大匝数和最大电流密度2、改变线圈的几何结构3、初始化原副边线圈的匝数4、初始化原副边线圈的横截面积和副边线圈的频率因数5、初始化原边线圈的电感和副边线圈的电感6、增加副边线圈的频率因数7、根据原副边线圈的补偿拓扑结构的特点8、判断副边线圈的转移功率和负载功率的大小关系式9、判断原边线圈的电流密度和最大电流密度的大小关系式10、增大原边线圈的横截面积11、判断副边线圈的电流密度和最大电流密度的大小关系式12、增大副边线圈的横截面积13、判断原边线圈的匝数和最大匝数的大小关系式14、原边线圈匝数加一，副边线圈匝数不变15、原副边线圈的补偿拓扑结构和设备的ICPT系统相结合是否达到效率提高的要求16、判断副边线圈的匝数和最大匝数的大小关系式17、副边线圈匝数加一，原边线圈匝数不变18、优化最终线圈
【具体实施方式】
[0015]结合附图对本发明的提高基于电磁感应耦合原理的电动汽车非接触式充电效率方法加以说明。
[0016]本发明的提高基于电磁感应耦合原理的电动汽车非接触式充电效率方法是基于ICPT系统应用到电动汽车电池充电的理想最优化设计途径，定义一个新的设计因数KD，它和最优数量线圈的横截面积、线圈恰当的区域位置、补偿电容等参数有关。通过设计理想最优化的ICPT系统，同时利用它的四个最常用的补偿拓扑结构，得出最优的补偿拓扑结构。其中ICPT系统对四个基本的补偿拓扑结构的共振频率表明了相关分叉现象的缺失和最小铜块材料的利用效果。
[0017]本发明的提高基于电磁感应耦合原理的电动汽车非接触式充电效率方法，该方法是在原边线圈外接电源，通过电磁感应耦合副边线圈产生能量的条件下进行对设备系统充电的，该设备系统包括道路导轨铺设的原边线圈和电动汽车内置的副边线圈，通过电磁感应耦合系统的拓扑结构改变所述原副边线圈的尺寸匝数和原副边线圈的相对位置来对电动汽车电池进行非接触式充电，该方法包括以下步骤:
[0018]A)电磁感应耦合系统模型的数据准备，包括原边线圈的输入电压设定为220V，原边线圈的最大匝数设定为27匝，副边线圈的最大匝数设定为7匝，原边线圈的最大电流密度设定为5A/mm2，副边线圈的最大电流密度设定为4A/mm2，原边线圈和副边线圈的初始匝数均设定为I匝，原边线圈的横截面积设定为2.5mm2，副边线圈的横截面积设定为10mm2，副边线圈的频率因数设定为I。
[0019]B)数据准备完成后，调整副边线圈的频率因数6，使得副边线圈的转移功率P2S电动汽车的负载功率Pltjad，接着调整原边线圈和副边线圈的横截面积，使得原副边线圈的电流密度小于原副边线圈的最大电流密度。
[0020]C)电流密度满足要求后，判断原边线圈和副边线圈的现有匝数是否小于原边线圈和副边线圈的最大匝数，并给原边线圈和副边线圈的现有匝数加一。
[0021]D)检测原副边线圈的补偿拓扑结构和设备的ICPT系统相结合是否达到效率提高的要求15，优化完成最终线圈18。
[0022]所述步骤A)中，原副边线圈的结构固定，初始化原副边线圈的匝数3均为一匝，初始化原副边线圈的横截面积4，初始化原边线圈的电感和副边线圈的电感5。
[0023]所述步骤B)中，判断副边线圈的转移功率和负载功率8的大小关系，如果转移功率p2>负载功率P lMd，则必须增加副边线圈的频率因数6，直到转移功率P2<负载功率PlMd，接着通过测量判断原边线圈的电流密度和最大电流密度9的大小关系，判断副边线圈的电流密度和最大电流密度11的大小关系，检查副边线圈的电流密度是否小于原副边线圈的最大电流密度；如果条件不满足，分别对应增大原边线圈的横截面积10和增大副边线圈的横截面积12，直到电流密