基于平面磁芯的电动汽车磁共振式非接触充电技术研究

To offer a solution for electric vehicles charging, it considers a contactless power transfer via coupled magnetic resonance technology using novel plane-shaped cores in this research. The relationship between the parameters of circuit system and magnetic circuit system, and distance, power, efficiency of the energy transmission will be find out. The research will establish mathematical model to explore the transmission principle with high efficiency and the influence which is brought from the coupling coil to the whole system. The experimental platform will be set up to search the influencing factors to performance of the system and discuss the possibility of high power transmission with working at a low frequency range. In view of the battery charging technology of EV.，the control methods for working stably, the influence of energy transmission to information transmission and design principles of the EMC is analyzed. Since the variety of EV types and battery pack, general design methods for contactless charging system are proposed by researching the load properties of transmission system, which are able to satisfy requirements of different EVs. Our research will successfully improve contactless power transfer via coupled magnetic resonances principle, paving a new way of charging methods, in addition promoted the marketization, practicality, and quality production of EV.

采用基于平面型磁芯的磁共振式非接触电能传输技术，解决电动汽车充电问题。揭示磁耦合系统和电路系统的各项参数与能量传输距离、效率以及功率之间的关系。建立数学模型，阐明提高能量传输性能的机理，揭示利用平面磁芯绕制的耦合线圈对系统整体传输性能的影响规律。构建实验平台，探索非接触充电系统高性能工作的影响因素，攻克在较低共振频率下实现大功率传输的技术难题。针对电动汽车动力电池充电的技术特点，探索在负载大范围非线性变化时，该系统稳定运行的控制方法，分析能量传输对信息传输的影响，研究电磁兼容性的设计原则。根据电动汽车类型以及动力电池组的多样化，研究传输系统的负载特性，提出可满足于不同类型电动汽车要求的非接触充电系统通用设计方法。本项目的研究将成功完善磁共振式非接触能量传输的理论体系，为电动汽车充电方式上带来新的解决方案，对电动汽车的市场化、实用化和规模化发展起到促进作用。

电动汽车能够有效地解决环境污染问题及减少化石燃料使用，与之相关的充电技术尤为重要。传统的传导式充电存在漏电、机械磨损和环境适应性差等问题，采用无线充电能够有效避免上述问题。本项目以解决电动汽车无线充电问题为研究目标，采用基于平板磁芯的磁共振无线电能传输技术，研究磁耦合机构和系统电路的主要参数与传输距离、系统效率及传输功率之间关系，从而提出一套适用于电动汽车无线充电的通用设计方法。首先，基于理论分析与数学建模，阐明系统电能传输性能的提升机理及采用平板磁芯绕制的磁耦合机构对于系统整体传输性能的影响规律；其次，构建实验验证平台，研究无线充电系统工作性能提升的主要因素，实现在较低共振频率下大功率且高效的电能传输；最后，研究系统电磁兼容性问题，分析不同类型和结构的磁屏蔽材料对于磁场的束缚效能以及分析电能传输对于系统原副边信息交互的影响，提出较为完善的磁耦合机构电磁兼容优化设计原则。.理论研究和实验验证结果表明，通过采用优化后的平板磁芯制作磁耦合机构，系统传输功率、传输效率和磁屏蔽性能得到显著提升，并且在负载大范围非线性变化时，依旧能够保证系统稳定、可靠且高效的运行。项目最终完成一套电动汽车非接触充电原理演示样机，实现在磁耦合机构为40 cm*40 cm且传输距离为20 cm下，系统最高效率为92%的3.3 kW能量传输。本项目研究不仅完善了磁耦合共振式无线电能传输技术的理论体系，而且为电动汽车的充电方式提供新的解决方案与思路，对智慧交通中的智能化电动汽车的市场化、实用化及规模化发展起到坚实的推动作用。