电动汽车无线充电系统建模与电磁安全性研究

发布时间：2017-07-26 01:15

  本文关键词：电动汽车无线充电系统建模与电磁安全性研究

  更多相关文章： 无线充电 磁耦合谐振 有限元 电磁场 电磁安全性

【摘要】：随着环境恶化和能源危急,电动汽车凭借其得天独厚的优势成为人们研究的一大热点。近年来电动汽车发展迅速并得到日益普及,但仍有一些问题阻碍了电动汽车的进一步发展和推广,其中充电问题一直是一大难题。传统的电动汽车充电多采用插电式,这种充电方法容易受到天气的影响还会造成漏电,同时也不方便。无线充电的出现能够很好弥补这些缺点,这种方式更加方便和灵活,操作性也更强,因此无线充电的方式具有很高的研究价值和应用推广意义。电动汽车无线充电主要采用电磁感应式和磁耦合谐振式两种方式。早在十几年前人们便对电磁感应式的充电方式展开研究,在MIT的研究团队于2007年提出磁耦合谐振的无线电能传输技术以后,人们便将注意力转移到磁耦合谐振的无线电能传输研究中。在这短短的十年时间内,磁耦合谐振式无线电能传输便得到迅速发展,其中电动汽车无线充电便是其中一大研究热点。本文结合国家自然科学基金项目“磁谐振式无线电能传输特性及其空间电磁场对人体的影响研究”(批准号:51477014),主要进行了以下工作的研究:(1)针对磁耦合谐振的四种补偿方式进行对比分析,根据传输能力进行对比,最终确定了串串补偿的方式。(2)在串串补偿的基础上对电动汽车无线充电系统进行建模,利用有限元仿真软件分析了系统的传输功率和效率,并从电磁场的角度出发,分析了线圈周围的电磁场分布特性,并从电磁能量和磁力线的分析中进一步验证了系统的传输能力,最终系统的输出功率为3790.81W,效率可达87.53%,系统满足SAE规定的功率和效率等级要求,实际中可以实现。(3)在上述无线充电系统的基础上,进一步分析了其电磁安全性。首先分别建立了三维人体模型和整车有限元模型,分别仿真分析了人体直接暴露在谐振系统下和整车充电条件下人体关键组织的电磁吸收情况,并与ICNIRP导出准则以及我国国标进行对比,对其电磁安全性做出评价。
【关键词】：无线充电 磁耦合谐振 有限元 电磁场 电磁安全性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;U491.8
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 选题背景意义8
• 1.2 无线电能传输技术概述8-10
• 1.3 磁耦合谐振式无线充电系统研究现状10-16
• 1.3.1 国外研究现状11-14
• 1.3.2 国内研究现状14-16
• 1.4 磁谐振WPT技术电磁安全性国内外研究现状16-17
• 1.5 课题研究的主要内容17
• 1.6 本章小结17-18
• 2 谐振式WPT系统原理及补偿网络分析18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 谐振电路分析18-20
• 2.2.1 RLC串联谐振电路分析18-19
• 2.2.2 RLC并联谐振电路分析19-20
• 2.3 谐振式WPT系统补偿网络分析20-24
• 2.3.1 串串（SS）补偿网络分析20-21
• 2.3.2 串并（SP）补偿网络分析21-22
• 2.3.3 并串（PS）补偿网络分析22-23
• 2.3.4 并并（PP）补偿网络分析23-24
• 2.4 四种补偿方式带负载能力分析24-27
• 2.4.1 仿真参数设置24-25
• 2.4.2 输出功率分析25-26
• 2.4.3 传输效率分析26-27
• 2.5 原边补偿电容归一化分析27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 3 磁耦合谐振系统的建模分析29-43
• 3.1 引言29
• 3.2 谐振线圈选型29-30
• 3.3 线圈参数计算30-36
• 3.3.1 线圈匝数对参数的影响30-32
• 3.3.2 线圈的高频电阻效应32-33
• 3.3.3 传输距离的影响33-35
• 3.3.4 错位对线圈互感的影响35-36
• 3.4 谐振线圈的仿真36-42
• 3.4.1 仿真平台简介37
• 3.4.2 仿真设计流程37-38
• 3.4.3 电流仿真结果38-39
• 3.4.4 电磁场仿真结果39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 谐振系统电磁安全性研究43-61
• 4.1 引言43
• 4.2 电磁场对人体的影响及机理43-46
• 4.2.1 电磁场对人体的影响43-44
• 4.2.2 电磁场对人体影响的机理44-45
• 4.2.3 电磁辐射吸收剂量与电磁安全性相关标准45-46
• 4.3 三维人体建模与仿真46-54
• 4.3.1 建模平台简介46
• 4.3.2 人体和器官的建模46-48
• 4.3.3 电磁仿真软件下人体模型48-49
• 4.3.4 谐振系统电磁安全性仿真49-54
• 4.4 整车有限元建模与仿真54-60
• 4.4.1 建模思路54-55
• 4.4.2 建模过程的关键问题55-57
• 4.4.3 整车充电下电磁场分析57-58
• 4.4.4 人体暴露在整车充电状况下电磁安全性仿真58-59
• 4.4.5 充电时车内人体电磁吸收仿真59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 总结与展望61-63
• 5.1 论文的主要工作及成果61-62
• 5.2 需进一步研究的问题62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录A 作者在攻读学位期间发表的论文68

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本文编号：574127