电动汽车无线充电系统建模与电磁辐射安全性研究

《电动汽车无线充电系统建模与电磁辐射安全性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、电动汽车无线充电系统建模与电磁辐射安全性研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：汽车工程系学科：动力工程及工程热物理研究生：王硕指导教师:高大威副研究员二○一七年五月ResearchontheModelingandElectromagneticRadiationSafetyoftheWirelessChargingSystemforElectricVehiclesThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinPowerEngine

2、eringandEngineeringThermophysicsbyWangShuoThesisSupervisor:AssociateProfessorGaoDaweiMay,2017摘要摘要基于电磁感应原理，无线充电技术能够实现电能在充电电源与车辆之间的非接触式传输，具有便捷、灵活的优点。在较大传输功率时，无线充电系统耦合线圈周边易产生超标电磁辐射，危害生物安全，因而需要研究有效的电磁辐射抑制方法，使汽车车内及周边生物活动范围内，电磁辐射强度降低到相关安全限值以内。本文以电动汽车无线充电系统为研究对象，在耦合电路建模，磁场建模和电磁辐射抑制方法三个方面开展了研究工作。本文首先围绕无线充电

3、系统耦合电路拓扑结构开展分析和研究。基于电路理论，研究了无线充电系统耦合线圈和补偿网络的电路模型，梳理和归纳了各类模型与结构的性能特点；基于耦合模理论，建立了有外部能量注入的两个有损振荡电路的耦合模模型；分析了基于电路理论和耦合模理论所建立模型之间的关联性和在效率分析应用中的等价性，搭建了四线圈耦合电路和LCC-CCL型耦合电路，测试了电能传输效率，验证了耦合电路模型的准确性。然后，在磁场建模方面，利用有限元分析方法，探究了电动汽车无线充电系统电磁辐射问题产生机理，确定了电磁辐射重点抑制区域；基于毕奥-萨伐尔定律，分别分析了单匝圆形线圈、多匝圆形线圈和两线圈感应耦合电路周边磁场分布特性，建立

4、了不同电路结构下的磁场模型，为无线充电系统周边磁感应强度精确计算提供了理论支撑。最后，面向电动汽车无线充电系统电磁辐射安全性，提出了基于线圈匝数优化的无线充电系统电磁辐射抑制方法，给出了线圈匝数优化设计流程，归纳了最优匝数配置方案随充电距离、负载、发射线圈匝数的变化规律。在此基础上，依托两线圈感应耦合式无线充电系统实验平台，开展了实验研究，对比分析了两侧线圈匝数最优配置和对称式配置情况下，耦合线圈周边的磁感应强度，验证了线圈匝数优化方法在电动汽车无线充电系统电磁辐射抑制方面的有效性。本文的研究工作将为电动汽车无线充电系统电磁辐射抑制方法的研究提供借鉴和理论支撑。关键词：电动汽车；无线充电技术

5、；电磁辐射安全性；建模；电力电子IAbstractAbstractBasedontheprincipleofelectromagneticinduction,theelectricenergycanbetransferredbetweenthepowersourceandthevehiclescontactlesslybymeansofthewirelesschargingtechnology(WCT).TheWCThastheadvantagesofconvenienceandflexibility.However,inthehighpowercondition,theelectromag

6、neticfield(EMF)aroundthecoupledcoilsmightexceedthesafetylevelswithrespecttohumanexposure.Thus,effectiveEMFreductionmethods,whichcouldreducetheEMFinsideandaroundthevehiclestothesafetylevels,shouldbestudied.Focusedontheelectricvehicleswirelesschargingsystem(EVsWCS),thispaperconductsresearchinthreedir

7、ections,i.e.modelingofthecoupledcircuits,modelingoftheEMFfortheWCS,andtheEMFreductionmethoddesign.Firstofall,thecoupledcircuittopologiesoftheWCSarestudiedandanalyzed.Basedonthecircuittheory,thecircuitmodels