[发明专利]一种电动汽车动态无线供电系统中接收端构型的设计方法

说明书

本发明提出一种电动汽车动态无线供电系统中接收端构型的设计方法。所述方法具体包括设计指标及限制条件确定、电气参数计算、结构参数设计和性能校验四个部分。该方法兼具了传统解析设计方法和有限元设计方法的优点，适用于磁芯结构复杂的动态无线供电磁耦合机构，解决传统解析设计方法中适用性窄的不足。同时，可以为接收端结构参数，如接收线圈长度、接收线圈宽度、多个接收线圈连接方式、多个接收线圈的中心距以及接收端磁芯尺寸的设计提供理论指导，设计全程仅需要少数几次仿真，解决了传统解析设计方法适用性窄和传统有限元仿真设计方法中设计周期慢的不足，同时为接收端的结构设计过程中主要结构参数的选取提供理论设计指导。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，特别是涉及一种电动汽车动态无线供电系统中接收端构型的设计方法。

背景技术

动态无线供电技术的提出为电动汽车摆脱续航里程短、停车充电频繁等瓶颈问题提供了一个根本的解决途径。区别于静态无线供电系统中“单对单”的充电模式，动态系统采用“单对多”的工作模式，即单个发射端需要向路面上方行驶的多辆车辆的接收端同时传输能量。而不同的车型，如电动汽车和电动客车等，对输出功率、输出电压和传输距离的需求却不相同。由于发射端供电导轨施工完成后无法进行更改，为了保证所有车辆均可以在发射导轨上方正常充电，需要根据不同车辆的技术指标来独立设计接收端。因此，接收端设计是动态无线供电技术中的关键问题。

动态无线供电系统中接收端构型的设计方法主要有解析设计方法和有限元设计方法两种。解析设计方法设计思路清晰，能够清楚地给出输出功率等设计指标与接收端结构参数之间的解析关系。但现有的解析设计方法且仅适用于空心线圈结构或磁芯构型简单的结构。对于磁芯结构复杂的动态磁耦合机构，目前接收端多采用有限元设计方法。然而，有限元设计方法在设计过程中过度依赖参数化扫描，仿真工作量大，设计时间长。此外，该方法缺乏系统的设计思路，无法为接收端各结构参数的选取提供理论指导。

发明内容

本发明目的是为了解决现有电动汽车动态无线供电系统中，接收端构型设计过度依赖于有限元仿真导致的设计周期长、仿真工作量大、缺乏系统的设计思路和理论的设计指导等问题，提出了一种电动汽车动态无线供电系统中接收端构型的设计方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种电动汽车动态无线供电系统中接收端构型的设计方法，所述方法具体包括设计指标及限制条件确定、电气参数计算、结构参数设计和性能校验四个部分；

所述的设计指标及限制条件确定具体包含两个步骤：第一步，根据电动汽车的电池和底盘高度参数计算输出功率、输出电压和传输效率设计指标；第二步，基于底盘安装空间和侧移要求确定设计过程中的限制条件，对后续接收端的电气和结构参数设计提供约束；

所述的电气参数计算具体包含三个步骤：第一步，根据设计指标计算等效电阻R_e和接收线圈电流I_S；第二步根据设计指标确定接收线圈允许的最大内阻r_s-max；第三步，计算接收线圈所需的开路电压U_oc-need和所需互感M_need；

所述的结构参数设计具体包含四个步骤：第一步，通过单次有限元仿真获得供电导轨在接收端平面的磁场分布，得到磁密幅值B_z-max和形状参数σ，来为后续互感计算和线圈宽度设计提供参考；第二步，以底盘尺寸和偏移性能限制条件为约束，根据结构参数设计准则依次完成线圈长度、线圈宽度、线圈连接方式和线圈中心距的设计；第三步，由线圈尺寸选择接收端磁芯尺寸，计算单匝接收线圈时互感；第四步，由计算得到的接收电流确定线径，根据所需互感完成接收线圈的匝数设计；至此完成接收端的结构的初步设计；

所述的性能校验具体包含两个步骤：第一步，基于初步设计结果，搭建仿真模型进行单次仿真，完成磁饱和校验；第二步，进行接收端效率校验，若满足设计指标，则设计完成，否则返回结构参数设计部分重新进行结构参数的调整。