电动汽车无线充电系统耦合分析
电动汽车无线充电的磁耦合结构综述
电动汽车无线充电的磁耦合结构综述郑心城;陈为【摘要】近年来电动汽车的无线充电技术引起业界的广泛关注.电动汽车无线充电技术的重点和难点在于磁耦合结构的设计,关键参数在于耦合系数,以及线圈偏移后的性能.本文首先简要分析了3种最基本的磁耦合结构的特点,在此基础上详细介绍了国内外研究机构的磁耦合结构改进方案.最后,提出了关于磁耦合结构设计上的考虑因素以及发展趋势.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】7页(P9-15)【关键词】电动汽车;无线充电;磁耦合结构【作者】郑心城;陈为【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福州 350108;福州大学电气工程与自动化学院,福州 350108【正文语种】中文石油是人类生存必不可少的资源，但是石油属于不可再生能源。
面对石油消耗终端不断增大（庞大的汽车数量）和不断减少的石油储量，电动汽车有替代传统汽车的趋势。
推广电动汽车的障碍在于电动汽车的充电问题。
目前，电动汽车的充电方式有3种：有线充电、无线充电和更换电池方案。
有线充电的技术成熟，成本低，但是面临着雨雪天气有触电的危险；更换电池的方案看似完美，但是不同汽车产商之间的电池差异明显，不具有普遍性；而无线充电是近年来兴起的充电方式，虽然技术不够成熟，成本高，但它具有便捷、安全的优势，因此引起社会的广泛关注。
无线电能传输的研究可以追溯到19世纪末，尼古拉·特斯拉就梦想着实现隔空传能，但是由于技术原因未能实现。
无线电能传输经过100多年缓慢发展，直到2007年麻省理工大学的物理教授Marin Soljacic带领的研究团队在《Science》发表了谐振式无线电能传输技术的论文[1]后，引起学术界的轰动，带来无线电能传输的研究热潮。
随之，各大企业也纷纷展开无线电能传输的应用开发，典型的比如Witricity、Evatran、Qualcomm等。
磁耦合结构的性能是影响无线电能传输的重要因素，目前磁耦合结构的种类繁多，但磁耦合结构的设计基本上是围绕着提高耦合系数为中心。
无线充电技术在电动汽车中的应用探索
无线充电技术在电动汽车中的应用探索随着清洁能源和环保意识的增强，电动汽车已逐渐成为现代社会的一种重要交通工具。
为了解决电动汽车充电过程中的一些不便之处，无线充电技术应运而生，并被广泛应用于电动汽车领域。
本文将对无线充电技术在电动汽车中的应用进行探索和分析。
一、无线充电技术的原理无线充电技术基于电磁感应原理，通过发射器和接收器之间的电磁感应耦合，将电能从发射器传输到接收器中，实现对电动汽车电池的充电。
相比传统的有线充电方式，无线充电技术无需连接充电插头，能够实现更加便捷的充电体验。
二、无线充电技术在电动汽车中的应用优势1. 便捷性：无线充电技术使充电过程更加方便快捷，无需人工插拔充电插头，只需将电动汽车停放在指定位置，即可实现自动充电。
2. 安全性：无线充电技术采用封闭式充电系统，避免了电动汽车充电时与外界环境接触的风险，减少了电击和火灾等意外事故的发生。
3. 高效性：无线充电技术能够提供较高的充电效率，有效地减少充电过程中的能量损失，提高了充电速度和能源利用率。
4. 环保性：无线充电技术不需要使用充电插头，减少了电线和插座的材料消耗，降低了废弃电线对环境的污染。
三、无线充电技术在电动汽车中的应用现状目前，无线充电技术在电动汽车领域已经取得了一些应用进展。
例如，特斯拉在其电动汽车中应用了无线充电技术，通过在车底安装接收器，实现了与地面发射器之间的无线充电。
此外，一些汽车制造商和科技公司也开始进行无线充电技术的研发，并逐步在其电动汽车产品中应用。
然而，无线充电技术在电动汽车中的大规模应用仍面临一些挑战。
首先，充电效率和充电速度需要进一步提高，以满足电动汽车用户对快速充电的需求。
其次，充电设施的建设仍然需要大量的投资，包括充电发射器的安装和维护，这对于电动汽车的普及产生了一定的制约。
最后，制定统一的无线充电标准和规范也是一个亟待解决的问题，以便不同品牌的电动汽车都能够兼容使用无线充电设施。
四、无线充电技术在电动汽车中的发展趋势尽管目前无线充电技术在电动汽车领域的应用还不够成熟，但其发展潜力巨大。
磁耦合谐振式的电动汽车无线充电系统研究
磁耦合谐振式的电动汽车无线充电系统研究李小磊;秦会斌【摘要】磁耦合谐振式无线充电技术(Magnetic Coupled Resonant Wireless Power Transfer Technology)凭借着传输距离较远、功率大、穿透性强的优势得到了越来越多的关注,成为大功率无线充电领域研究的热点.针对电动汽车无线充电,文章中利用磁耦合谐振式无线充电技术,研制了一台在30 cm的传输距离下,输出功率达到1 kW以上,传输效率达到82.1％以上,磁耦合谐振频率为30kHz的无线充电实验装置,并进行了错位实验,最终运行效果理想.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2018(035)009【总页数】4页(P1-3,7)【关键词】电动汽车;无线充电;磁耦合谐振;抗错位线圈结构【作者】李小磊;秦会斌【作者单位】杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310000;杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310000【正文语种】中文0 引言近年来，无线充电技术一直是相关研究人员关注的热点课题，随着研究的深入，无线充电技术已经在医疗器械、家用电器、电动汽车以及高铁列车等领域得到了应用与发展，并取得了初步的成果。
现如今，新能源汽车（EV）以其高效、节能、零排放等优点得到了政府的大力支持和企业的高度重视，EV也将成为未来汽车行业发展的趋势。
目前给电动汽车充电的方式主要有两种：即有线充电和无线充电。
传统的有线充电方式灵活性较差，对充电接口容易产生磨损，会导致电火花的产生，安全性低。
无线充电技术的使用可以有效地避免以上缺点，使得电动汽车的充电方式有了新的选择。
本文在比较了不同种无线充电方式的基础上，设计了一套基于磁耦合谐振式的电动汽车无线充电方案，磁耦合谐振频率为30 kHz，并实现了30 cm传输距离的1 kW以上的电能传输，且计算系统传输效率达82%以上。
1 无线充电方式比较无线充电技术（Wireless charging technology）源于无线电能传输技术，是指利用电磁感应原理，在充电器和用电装置之间通过磁场进行能量传输，无需用到电导线，根据传输原理主要分为三种：电磁感应耦合式无线充电技术、磁耦合谐振式无线充电技术和微波辐射式无线充电技术。
电动汽车无线充电技术
电动汽车无线充电技术汇报人：2023-11-25CATALOGUE目录•电动汽车无线充电技术概述•电动汽车无线充电技术优势与挑战•电动汽车无线充电技术应用场景•电动汽车无线充电技术实现方案•电动汽车无线充电技术发展前景与趋势•电动汽车无线充电技术案例分析电动汽车无线充电技术概述定义工作原理定义与工作原理初步探索阶段技术发展阶段商业化阶段030201技术发展历程电磁感应式磁场共振式电场耦合式无线充电技术分类电动汽车无线充电技术优势与挑战便捷性无线充电技术可以避免因接触不良或错误连接导致的电气火灾等安全隐患，提高了充电的安全性。
安全性节能环保充电距离和位置无线充电技术需要将电动汽车停放在指定的位置和距离下才能进行充电，对于驾驶者来说需要更高的精度和适应性。
充电效率无线充电技术的充电效率相对有线充电较低，需要更长的时间才能充满电量。
成本无线充电技术的设备成本和维护成本相对较高，需要更多的应用场景和用户来分摊成本。
灵活的充电位置和距离降低成本提高充电效率解决方案与未来发展电动汽车无线充电技术应用场景适用于家庭室内，为电动汽车提供即停即充的充电服务。
家庭应用无线充电垫家庭无线充电桩公共停车场商场、餐厅公共设施应用无线充电公交车无线充电出租车移动服务应用电动汽车无线充电技术实现方案优点缺点1 2 3技术原理优点缺点技术原理利用太阳能电池板将太阳能转化为电能，再通过无线充电技术将电能传输至车辆电池。
优点绿色环保，适用于户外场景，可与其他充电方式结合使用。
缺点受天气影响较大，能量转换效率有待提高。
基于太阳能的无线充电技术电动汽车无线充电技术发展前景与趋势实现智能充电通过物联网技术，可以实现电动汽车与充电桩之间的智能交互，自动识别车辆型号、充电需求等信息，提高充电效率。
远程监控与管理利用物联网技术，实现对充电桩的远程监控与管理，及时发现并解决设备故障，提高设备利用率。
与物联网技术的结合多样化的充电方式无线充电与有线充电兼容移动设备无线充电提高充电效率与安全性提高充电效率无线充电技术的充电效率已经得到大幅提升，未来仍有潜力继续提高，以满足电动汽车快速充电的需求。
电动汽车无线充电用磁耦合机构研究进展.
第 4 卷第1期2015年1月集成技术收稿日期:2014-10-29 修回日期:2014-11-17作者简介:王丽芳(通讯作者,研究员,博士生导师,研究方向为电动汽车能量管理及其充电技术,E-mail :wlf@ ;朱庆伟,博士研究生,研究方向为电动汽车动态无线充电技术;李均锋,博士研究生,研究方向为电动汽车无线充电技术;郭彦杰,博士,助理研究员,研究方向为电动汽车无线充电技术及电磁兼容技术。
电动汽车无线充电用磁耦合机构研究进展王丽芳1 朱庆伟1,2 李均峰1,2 郭彦杰11(中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室中国科学院电工研究所北京1001902(中国科学院大学北京 100049摘要发展电动汽车是节能、环保和低碳经济的需求,而无线充电技术以其安全、便捷和低维护的优点,越来越受到学术界和工业界关注,是未来电动汽车供电技术的发展趋势。
磁耦合机构是无线充电系统中实现电能无线传输最为关键的部件。
文章介绍了近几年来国际上电动汽车无线充电系统开发及其磁耦合机构研发的最新研究进展,包括电动汽车无线充电实用化和产业化的最新进展,最后讨论和总结了磁耦合机构研究的难点和发展趋势。
关键词电动汽车;无线充电;磁耦合机构;线圈;磁性材料中图分类号 TM 910.6 U 469.72 文献标志码 AState-of-Art of the Magnetic Coupler in an Electric Vehicle OrientedWireless Charging SystemWANG Lifang 1 ZHU Qingwei 1,2 LI Junfeng 1,2 GUO Yanjie 11( Key Laboratory of Power Electronics and Electric Drives , Institute of Electrical Engineering , Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100190, China2( University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, ChinaAbstract On demand of a sustainable, green, and low-carbon economy development, there is a worldwide stimulationon the progress of Electric Vehicle (EV industry. The wireless charging technique, embodying advantages of convenience, safety and low-maintenance, has been gaining interests from both the academia and industrial community. It is promising to be the future trend for the EV charging technology. And the magnetic coupler which enables wireless charging is the most essential part in a wireless charging system. In this paper, the latest research progress in the development of EV oriented wireless charging system, especially the magnetic coupler, which is the most important unit, was reviewed internationally. Besides, the pioneering deployments and commercializing trial of the wireless charging system using EV was highlighted as well. At last, challenges to be addressed and perfections to be made in the near future on the magnetic coupler were summarized.Keywords electric vehicle; wireless charging; magnetic coupler; coil; magnetic pad1 引言在环保和能源短缺的双重压力下,各国政府和各大汽车厂商都在积极推进电动汽车产业的发展。
基于LCC补偿的无线充电系统的分析与控制
基于 LCC补偿的无线充电系统的分析与控制摘要：电动汽车充电技术发展是提升电动汽车行业发展核心竞争力的重点内容，分为有线充电和无线充电两种形式，目前市面上常见的电动汽车充电形式为直接充电，相对来讲，直接充电虽然原理简单，但是也存在刻板、不灵活等的问题，而无线充电技术虽然目前仍缺乏成熟产品，实际应用非常少，但是灵活性更高，安全性更高，因此无线充电系统研究受到重视。
补偿电路作为主流无线充电系统的核心，与系统充电性能和电能传输效率紧密相关，本文以基于LCC补偿的无线充电系统的分析与控制为主要内容进行探讨分析，结合常见的几种电动汽车无线充电系统为后续发展提供参考。
关键词：电动汽车；无线充电；补偿电路拓扑引言近些年随着社会发展进程的不断推进和居民生活水平的提高，我国人均汽车保有量逐步提升，类型愈发多样，为居民出行提供便利，汽车行业发展形势一片大好，但是现阶段汽车产业发展面临重大机遇的同时也迎来了挑战，传统的燃油车以石油资源为动力基础，然而目前全球石油资源都处于紧缺状态下，资源节约是现代化发展的核心，因此以电力能源和清洁为核心的新能源汽车发展受到汽车行业的高度重视，近年来新能源汽车市场份额不断扩大，电动汽车走入人们视野，但是部分有购买欲望的客户仍然会考虑到电动汽车续航里程短，充电困难等等问题，因此实际发展仍存在一定限制。
目前新能源汽车常见的充电方式一般是直接充电，作为传统的接触式充电全国各地遍布并不均匀，另外，电动汽车充电必须配备充电线，无论是从安全性还是便捷性上看都存在明显缺陷，后续维修养护比较困难，因此越来越多的专家学者和从业人员投入新能源汽车无线充电系统研究，本文以基于LCC补偿的无线充电系统的分析与控制为核心进行探讨，为后续发展提供参考。
1国内外研究现状19世纪中期出现了第一辆以铅酸电池为动力源的新能源汽车，此后随着内燃机技术的不断发展成熟，纯电动汽车退出历史舞台，上世纪60年代石油危机的出现帮助纯电动汽车和新能源汽车迈入人们视野，车辆充电技术受到高度关注，国内外多个专家学者投入研究当中。
无线充电电磁耦合原理
无线充电电磁耦合原理
无线充电是一种便利的充电方式，它可以消除充电线和插头的麻烦。
无线充电的原理是电磁耦合，电磁耦合是指在两个相邻的线圈之间传递能量的过程。
在无线充电中，发送端的线圈产生一个高频电磁场，接收端的线圈则通过电磁感应将能量转换为电能，从而实现充电。
因此，无线充电需要两个线圈，一个发送端和一个接收端。
发送端的线圈被称为发射线圈，它由一个交流电源驱动，产生一个高频电磁场。
接收端的线圈被称为接收线圈，它通过电磁感应将高频电磁场转换为电能，从而充电。
在无线充电中，电磁耦合是传递能量的关键。
当两个线圈接近时，它们会相互影响，从而形成电磁耦合。
电磁耦合系数取决于线圈之间的距离和线圈的几何形状。
为了实现高效的无线充电，必须优化电磁耦合效率。
一般来说，当两个线圈彼此接近时，电磁耦合效率较高。
因此，在设计无线充电系统时，应该尽量减小线圈之间的距离，并选择合适的线圈几何形状。
总之，无线充电是一种新兴的充电方式，它通过电磁耦合传递能量，避免了充电线和插头的麻烦。
通过优化电磁耦合效率，可以实现高效的无线充电。
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车载无线充电原理
车载无线充电原理
车载无线充电是一种通过电磁感应实现将电能传输到车辆电池的技术。
它基于电磁耦合原理，通过特殊的电磁感应装置，在电动车和充电座之间建立起一个无线电磁场。
无线充电座上的线圈会产生一个交流电场，而电动车上的线圈则接收该电场并将其转化为直流电能，用于充电。
在这种无线充电系统中，车载充电座的线圈搭载在地面上，通常安装在停车场地面或者道路的某些部分。
当电动车停在充电座上时，车辆下方的感应线圈会与座上的充电线圈进行牵引力连接，并实现电磁耦合。
通过对线圈上的电流进行调节，可以生成一个特定频率和大小的交流电场。
电动车上的电池也配备有与充电座线圈相同的感应线圈。
当车辆停放在充电座上时，电动车内的感应线圈也会与充电座线圈进行电磁耦合。
接着，充电座上的电流开始在线圈之间交换，产生一个电磁场。
这个电磁场会在电动车中感应到，并启动能将接收到的交流电场转化为直流电能的充电系统。
充电系统有一个整流器，用于将交流电场转换为直流电。
这个直流电能会经过电动车内的电池管理系统进行监测和控制，根据电池的状态和需求，将电能存储在电池中。
一旦电池电量达到设定的充电状态，充电系统会自动停止充电。
这种无线充电系统的设计还包括了一些保护措施，例如过电流和过热保护，以确保充电过程的安全性和有效性。
总之，车载无线充电技术基于电磁感应原理，利用充电座和电
动车之间的电磁耦合实现电能的传输。
这一技术使得电动车无需通过传统的插座进行充电，提高了车辆的使用便捷性和充电的效率。
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电动汽车无线充电系统耦合分析
发表时间：2017-09-06T12:08:25.213Z 来源：《电力设备管理》2017年第7期作者：刘幸幸1 季勤2 王鑫鑫2
[导读] 本文以ICPT技术为基础利用ANSYS、MATLAB研究电动汽车无线充电系统中各参数对互感的影响，为电动汽车无线充电系统的设计提供参考。
1东北石油大学电气信息工程学院黑龙江大庆 163318
2中国石油大庆油田有限责任公司第八采油厂电力维修大队检修队黑龙江大庆 163300）
摘要：为了满足基于磁感应耦合电能传输（ICPT）技术的电动汽车无线充电系统高效率、低损耗的设计要求，仿真分析了松耦合变压
器中磁芯属性、磁芯厚度、线圈匝数、线圈外径与互感的关系。
在不降低系统互感的前提下，提出了节省磁芯体积、减少线圈损耗的方法。
利用ANSYS、MATLAB进行仿真分析，结果表明磁芯属性对系统互感的影响有上限，线圈属性对系统互感的影响无上限。
关键词：电动汽车；无线充电；磁感应耦合电能传输；松耦合变压器；互感；
[中图分类号] TM934.43 [文献标志码] A
0引言
电动汽车由于具有节能环保的特点而受到大众青睐，但因续航问题无法大范围推广[1]。
传统插拔式充电受限于安全、便利等因素，无
线充电技术可以很好地解决上述问题[2]。
磁感应耦合电能传输（inductive coupled power transfer，ICPT）技术因其具有高传导率的特点已成为当今电动汽车无线充电领域的主流技术[3]。
互感是系统关键参数，直接反应系统的传输效率且关系到系统器件选择的合理性，因此对互感的研究有利于电动汽车无线充电技术的发展。
本文以ICPT技术为基础利用ANSYS、MATLAB研究电动汽车无线充电系统中各参数对互感的影响，为电动汽车无线充电系统的设计提供参考。
1理论分析
1.1系统简介
基于ICPT技术电动汽车无线充电系统以电磁感应原理为理论基础，运行时将电网中工频电经整流滤波、高频逆变、原边补偿后传输到
松耦合变压器发射端。
松耦合变压器利用交变磁场产生感应电流，经较大气隙将电能耦合到接收端。
接收端将接收到的高频交变电流再经原边补偿、整流滤波、功率调节后为电动汽车车载蓄电池充电。
系统结构框图如图1所示。
采用多层不同材质的磁芯可在不降低互感效果的前提下节约成本。
磁通与是基于磁芯层数、磁芯厚度和磁芯属性的关键参数。
磁芯对系统互感的影响可用互阻抗表示。
图2 松耦合变压器平面结构图
2仿真分析
2.1磁芯相对磁导率及磁芯厚度对互感的影响
设定线圈与线圈的内外径分别为15 、75 ，轴偏移距离0 ，线圈间垂直距离50 ，磁芯距线圈1.5 ，磁芯厚度、相对磁导率为独立变量。
磁芯厚度变化范围为(1-4) ，相对磁导率变化范围为(1-10000)。
在以上条件下，互感与相对磁导率及磁芯厚度的关系如图3所示：图3 互感与相对磁导率及磁芯厚度的关系
仿真结果表明：无磁芯时互感接近5 ；增添相对磁导率较高的磁芯，互感成倍增加；保持磁芯的相对磁导率不变，互感与磁芯厚度成正比。
根据以上分析可知，可通过使用相对磁导率较高的材料来达到节省磁芯体积而不降低传输效率的设计要求。
2.2线圈匝数及线圈外径对互感的影响
设定线圈匝数的变化范围为(2-20)匝，线圈外径分别为50 、75 和100 ，线圈间垂直距离50 ，磁芯厚度4.5 ，相对磁导率10000。
在线圈匝数及线圈外径的影响下，互感变化趋势如图4所示：
图4 互感与线圈匝数及线圈外径的关系
仿真结果表明：互感与线圈匝数及外径成正比关系；由于线圈尺寸通常由实际情况所限制，因此可通过改变线圈匝数来实现特定互感。
根据以上分析可知，可通过提高线圈匝数且保持线圈外径不变，来减少线圈损耗。
3结论
本文对基于ICPT技术电动汽车无线充电系统中的互感、松耦合变压器进行了仿真分析。
研究结果表明：
(1)在系统其他参数保持不变的情况下，磁芯相对磁导率及磁芯厚度对系统互感的影响有上限，当未达到最大系统互感时，在不降低性能的前提下，可通过使用具有较高相对磁导率的磁材料来节省磁芯体积。
(2)在系统其他参数保持不变的情况下，线圈匝数与线圈外径对系统互感的影响无上限。
提高线圈匝数保持线圈外径不变可减少线圈损耗。
由于线圈尺寸通常由实际情况所限制，因此可通过改变线圈匝数来实现特定系统互感。
参考文献
[1]方华亮,彭辉,李大虎,孙建波,候慧.面向电动汽车路面无线充放电的移动微网[J].高电压技术, 2016, 42(7):2119-2126.
[2]宋凯,朱春波,李阳,郭尧,姜金海,张剑韬.用于电动汽车动态供电的初级绕组并联无线电能传输技术[J].中国电机工程学报, 2015, 35(17):4445-4453.
[3]SeungWoo K,Yu Seungmin,Kim S L.The capacity of energy-constrained mobile networks with wireless power transfer[J].IEEE Communications Letters, 2013, 17(3):529-532.。