一种交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统及测试方法

本发明属于复杂背景下的电动汽车无线充电，具体涉及一种交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统及测试方法。

背景技术：

1、电动汽车无线充电有静态和动态两种模式。静态无线充电模式适用于停车场、居民区等地方，利用耦合线圈系统对停放的汽车进行充电。然而，由于人们在驾驶过程中操作不够精准，使得发射端线圈和接收端线圈难以完全对准，导致充电效率下降。动态无线充电模式通过在道路下方安装发射器和接收器，实现对行驶中的车辆进行无线充电，以提高续航里程。但由于发射端产生的磁场不均匀引起的充电过程中出现功率波动以及车辆出现位置偏移导致的充电效率下降等问题。

技术实现思路

1、为解决现有的电动汽车无线充电效率低的技术问题，本发明的目的在于提供一种交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统及测试方法，该系统能够提高系统的抗偏移性，从而提高了电动汽车无线充电的效率。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，包括静态充电结构、动态充电结构和设置在电动汽车的汽车底盘上的交叉型磁耦合结构；

4、所述交叉型磁耦合结构包括交叉排列的垂直于车辆行驶方向的x轴接收端和平行于车辆行驶方向的y轴接收端；

5、所述静态充电结构，用于将电能传输至x轴接收端与y轴接收端；

6、所述动态充电结构，用于将电能传输至y轴接收端与x轴接收端。

7、进一步的，所述静态充电结构包括静态发射线圈和静态发射柱；所述静态发射线圈安装在汽车底盘中间；所述静态发射柱和静态发射线圈连接，并将电能传输至x轴接收端。

8、进一步的，静态发射线圈为反向绕制的8字型线圈；所述静态发射线圈中设置有铁芯。

9、进一步的，动态充电结构包括动态发射线圈和动态发射柱；所述动态发射线圈安装在充电轨道上，所述发射线圈和动态发射柱连接，将电能传输至y轴接收端；所述动态发射线圈中设置有铁芯。

10、进一步的，所述充电轨道底部设置有用于支撑动态发射柱的底板；所述动态发射柱的底部设置有用于连接动态发射柱和底板的支柱。

11、进一步的，所述动态发射柱的上方设置有顶板；

12、所述动态发射线圈之间通过轨道与底板连接，且相邻的动态发射线圈采用反向绕制。

13、进一步的，所述x轴接收端由两个线圈反向绕制连接成8字型结构组成；

14、x轴接收端内设置有铁芯。

15、进一步的，所述y轴接收端由两个相互独立的线圈部分重叠排列组成；y轴接收端内添加有铁芯。

16、进一步的，所述动态发射线圈、静态发射线圈和动态充电结构的动态接收线圈、静态充电结构的静态接收线圈均由利兹线绕制而成。

17、一种基于交叉型磁耦合结构电动汽车无等效线充电系统的测试方法，包括耦合特性测试和传输性能测试；

18、所述耦合特性测试方法为：利用有限元仿真软件设定工作频率、充电系统接收端与发射端距离、x轴接收端线圈的长宽、静态发射线圈的长宽、y轴接收端线圈的长宽、线圈匝数、底板长宽高、支柱长宽高以及顶板长宽高后，对交叉型磁耦合线圈的电动汽车无线充电系统的动静态耦合特性进行测试；

19、所述传输性能测试方法为：在软件中搭建了静态系统电路和动态系统电路，配置静态发射线圈、x轴接收端线圈和y轴接收端线圈的自感、补偿电感、补偿电容、内阻，发射线圈与x轴接收端线圈，y轴接收端线圈的互感；动态发射端的自感、补偿电感、补偿电容、内阻，发射端与x轴接收端线圈，y轴接收端线圈间的互感后，对交叉型磁耦合结构的电动汽车无线充电系统的动静态传输性能进行测试。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、本发明公开了一种交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，通过设置垂直于车辆行驶方向的x轴接收端和平行于车辆行驶方向的y轴接收端通过交叉排列构成的交叉型磁耦合结构，在静态充电时，将静态充电结构传输的电能通过y轴接收端作为偏移补偿端，在静态场景下不仅保留了横向抗偏移能力，还增强了纵向抗偏移能力；在动态充电时，将动态充电结构传输的电能通过x轴接收端作为偏移补偿端，交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统可以通过线圈间的相互补偿有效地降低动态充电过程中的波动性，提高系统的抗偏移性，整个系统提高了电动汽车无线充电的效率，具有广阔的应用前景。

22、进一步的，动态发射线圈和静态发射线圈中均添加铁芯，可以增加线圈的感应电感，减少能量损耗。

23、进一步的，所述发射线圈，在静态充电系统中为反向绕制的8字型线圈用以提高磁通发射面积；在动态充电系统中发射线圈安装在充电轨道上，并通过底板相互连接，相邻发射线圈采用反向绕制，以增强其电感耦合效应。

24、进一步的，所述顶板位于发射柱上方，用于保护发射柱和提供额外支撑的结构。

25、进一步的，所述支柱位于发射柱的底部，连接发射柱和底板。

26、进一步的，所述交叉型磁耦合结构由垂直(x轴)和平行(y轴)于车辆行驶方向的两个接收端交叉排列构成。在x轴接收端，xr1和xr2两个线圈反向绕制连接形成一个磁耦合器(8字型结构)；而在y轴接收端，yr1和yr2两个线圈部分相互独立地重叠排列。

27、本发明的交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统的测试方法，该测试方法能够全面评估交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统的性能。该测试方法结合了有限元仿真软件和matlab电路模拟，可以在静态和动态情况下对系统进行测试。通过耦合测试，可以评估交叉型磁耦合线圈在不同工作条件下的耦合特性，包括磁场分布、功率传输效率等；而传输性能测试则能够评估系统在实际工作中的传输效率、稳定性等关键指标。

技术特征：

1.一种交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，其特征在于，包括静态充电结构、动态充电结构和设置在电动汽车的汽车底盘上的交叉型磁耦合结构；

2.根据权利要求1所述的交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述静态充电结构包括静态发射线圈和静态发射柱；所述静态发射线圈安装在汽车底盘中间；所述静态发射柱和静态发射线圈连接，并将电能传输至x轴接收端。

3.根据权利要求1所述的交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，其特征在于，静态发射线圈为反向绕制的8字型线圈；所述静态发射线圈中设置有铁芯。

4.根据权利要求1所述的交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，其特征在于，动态充电结构包括动态发射线圈和动态发射柱；所述动态发射线圈安装在充电轨道上，所述发射线圈和动态发射柱连接，将电能传输至y轴接收端；所述动态发射线圈中设置有铁芯。

5.根据权利要求3所述的交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述充电轨道底部设置有用于支撑动态发射柱的底板；所述动态发射柱的底部设置有用于连接动态发射柱和底板的支柱。

6.根据权利要求4所述的交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述动态发射柱的上方设置有顶板；

7.根据权利要求1所述的交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述x轴接收端由两个线圈反向绕制连接成8字型结构组成；

8.根据权利要求1所述的交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述y轴接收端由两个相互独立的线圈部分重叠排列组成；y轴接收端内添加有铁芯。

9.根据权利要求1所述的交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统，其特征在于，所述动态发射线圈、静态发射线圈和动态充电结构的动态接收线圈、静态充电结构的静态接收线圈均由利兹线绕制而成。

10.一种基于权利要求6所述的交叉型磁耦合结构电动汽车无等效线充电系统的测试方法，其特征在于，包括耦合特性测试和传输性能测试；

技术总结
本发明公开了一种交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统及测试方法，属于复杂背景下的电动汽车无线充电技术领域，所述充电系统，包括静态充电结构、动态充电结构和设置在电动汽车的汽车底盘上的交叉型磁耦合结构；所述交叉型磁耦合结构包括交叉排列的垂直于车辆行驶方向的X轴接收端和平行于车辆行驶方向的Y轴接收端；在静态充电时，将静态充电结构传输的电能通过Y轴接收端作为偏移补偿端，在静态场景下不仅保留了横向抗偏移能力，还增强了纵向抗偏移能力；在动态充电时，将动态充电结构传输的电能通过X轴接收端作为偏移补偿端，交叉型磁耦合结构电动汽车无线充电系统可以通过线圈间的相互补偿有效地降低动态充电过程中的波动性，提高系统的抗偏移性。

技术研发人员：李国兴,杨建,董扬,牛明博,刘欢,陈昊
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14