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当无线能量传输技术应用于电动汽车车载电池非接触充电场合时,无线能量传输环节产生的高频交变磁场将不可避免地进入电动汽车金属车体中,使得无线能量传输线圈之间的耦合程度将降低,同时在汽车车体中也将产生涡流损耗,最终导致无线能量传输系统的工作性能下降。此外,无线能量传输环节发出的高频电磁场对驾驶员、乘客以及车辆周围人员的身体也会有潜在的影响。因此,对电动汽车车载电池非接触充电系统进行电磁场特性研究,并针对电动汽车车载电池非接触充电应用场合对无线能量传输环节的电磁场分布进行优化设计,具有显著的科研与实际应用价值。 本文针对电动汽车非接触充电系统在以下四个方面进行了研究: 1)根据耦合模理论阐述了无线能量传输系统的工作机理,并建立无线能量传输系统的等效电路模型,基于等效电路模型分析了能量传输系统中能量传输线圈的谐振频率、耦合系数、系统工作频率等参数对无线能量传输过程的影响; 2)使用有限元仿真软件Maxwell14.0建立了圆形螺旋、方形螺旋、圆形平面盘式、方形平面盘式四种结构的无线能量传输线圈的三维仿真模型,通过有限元仿真着重分析了能量发送线圈和接收线圈间耦合系数七与线圈的匝数、外径尺寸、能量传输距离、线圈导线间距以及线圈水平位置偏移等因素之间的关系。基于以上仿真结果,选用方形平面盘式结构的无线能量传输线圈作为电动汽车车载电池非接触充电系统的能量传输线圈,仿真分析了汽车金属车体对电动汽车车载电池非接触充电系统工作性能的影响; 3)根据有限元仿真结果,以降低汽车金属车体对无线能量传输过程的影响为目标,同时增强能量传输线圈间的耦合程度,对无线能量传输环节进行优化设计。使用铝箔以及两种相对磁导率不同的锰锌铁氧体材料对无线能量传输线圈进行磁场屏蔽约束对比实验。根据实验结果,选用相对磁导率较低的锰锌铁氧体材料对非接触充电系统的电磁场进行屏蔽约束。对使用锰锌铁氧体材料屏蔽约束的电动汽车车载电池非接触充电系统的电磁场分布进行有限元仿真。仿真结果显示,使用锰锌铁氧体材料对非接触充电系统的电磁场分布进行屏蔽约束时,进入汽车金属车体的磁场强度降低,这提高了能量传输线圈间的耦合程度,同时降低了汽车金属车体对无线能量传输过程的影响; 4)完成制作了3.3kW电动汽车非接触充电系统的无线能量传输环节,配合非接触充电系统的驱动电路与负载电路,测量系统额定工作效率达到90%以上。同时,针对非接触充电系统对外的电磁辐射强度的问题,使用电磁场场强测量仪对电动汽车非接触充电系统工作在额定状态时电动汽车内部以及周边的磁场辐射强度进行测量,测量结果符合国际非电离辐射防护委员会(InternationalCommission on Non-Ionizing Radiation Protection,ICNIRP)的安全标准要求。