1. 研究目的与意义（文献综述）

随着近几年时代的发展，人们的生活条件有所改善，正因为生活条件的改善，所以近些年来，汽车行业愈加火爆。然而人类社会经济和现代文明的高速发展的同时，也带来了严峻的能源和环境问题，由于环境污染问题以及石油资源问题，节能和环保成为汽车技术发展的主题之一。在此背景下，电动汽车的发展越来越受到人们的重视。电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。其类型主要分为纯电动、燃料电池和混合动力型。相对于燃油车，电动汽车具有零排放、运行平稳、无噪声、汽车部件少、可靠性高等优势。目前，由于电池容量及充电基础设施等条件的限制，充电问题成为电动汽车发展过程中而临的最主要的瓶颈问题。

在此背景下，电动汽车的充电技术也迅猛发展。现阶段电动汽车的电池充电方式主要为接触式的充电方式。接触式的充电方式又有最基本的运用车载充电机的充电方式和快速充电的直流充电方式。车载充电机是纯电动汽车的一种最基本的充电设备，充电机会作为标准的配置固定在车内，用户可直接用标准的220v规格的电网电源供电，这种充电方式缺点非常明显，充电时间较长，但其对充电的要求并不高，充电器和安装成本较低；可充分利用电力低谷时段进行充电，降低充电成本；更为重要的优点是可对电池深度充电，提升电池充放电效率，延长电池寿命。因充电时间较长，可大大满足白天运作，晚上休息的车辆。快速充电，为能快速充满电的充电方法，通过非车载充电机采用大电流给电池直接充电，使电池在短时间内可充至80%左右的电量。此种方式多为直流供电方式，地面的充电机功率大，输出电流和电压变化范围宽。这种充电方式具有充电速度快的优点，但对电池寿命有一定的影响，特别是一些特殊的普通蓄电池不能进行大电流的快速充电，因为短时间接受大量的电量会导致蓄电池过热。除此之外，接触式的充电方式受到传统的插拔充电方式的限制，一台充电桩同时只能为一台电动车充电，充电桩输出的高电压会引起一系列安全问题，而且充电桩的管理维护难使得其难以在城市中推广，利用率不高。

由于无线充电技术可以解决传统传导式充电面临的接口限制、安全问题等而逐渐发展成为电动汽车充电的主要方式。静态无线充电与有线充电也存在着充电频繁、续航里程短、电池用量大且成本高昂等问题。特别是对于电动巴士一类的公交车辆，其连续续航能力格外重要。静态无线充电难以满足要求，在这样的背景下，电动汽车动态无线充电技术应运而生，通过非接触的方式为行驶中的电动汽车实时地提供能量供给。无线充电技术引源于无线电力输送技术。无线电力传输也称无线能量传输或无线电能传输，主要通过电磁感应、电磁共振、射频、微波、激光等方式实现非接触式的电力传输。根据在空间实现无线电力传输供电距离的不同，可以把无线电力传输形式分为短程、中程和远程传输三大类 。短程传输，通过电磁感应电力传输(icpt)技术来实现。中程传输。通过电磁耦合共振电力传输(erpt)技术或射频电力传输(rfpt)技术实现。远程传输。通过微波电力传输(mpt)技术或激光电力传输(lpt)技术来实现。现有的动态无线供电导轨大致分为以下几类:分立形式的连续单线圈结构、矩形长线圈型与双磁极型。磁耦合谐振线圈结构的设计直接决定了无线充电有效充电空间，并决定了接收端接收线圈水平移动时，两线圈之间的耦合因子特性。设计合理的线圈结构，根据理论分析和仿真掌握接收端线圈移动时的耦合因子特性，才能设计相应的控制策略保证动态无线充电的可靠性以及实现效率优化的目标。

2. 研究的基本内容与方案

本课题的任务是电动汽车动态无线充电系统磁性元件的设计和仿真。磁性元件通常由绕组和磁芯构成，它是储能、能量转换及电气隔离所必备的电力电子器件，主要包括变压器和电感器两大类。

磁耦合谐振式无线电能传输是众多无线电能传输技术中的一种，但因其传输距离远、效率高、功率大，潜在的实用价值极高。采取磁耦合谐振的原理，利用补偿电路网络与谐振线圈组成的谐振电路来提高能量的有效耦合及传输效率。磁耦合谐振对无线充电的有效充电空间有极大影响。当电动汽车上的接收线圈移动时，两线圈之间的耦合特性也由此决定。只有合理的线圈结构才能确保动态无线充电的效率及可行性。同时使用3d有限元分析仿真软件ansys maxwell设计与优化谐振线圈结构和参数，确保所设计的线圈能够有较高的传输效率与传输距离。

拟采用两个矩形线圈组成的线圈结构，称为双矩形谐振线圈。整个磁能传输耦合装置由谐振线圈、铺设在线圈下面的磁芯、用作磁场屏蔽的铝板构成。两个矩形线圈以串联的方式连接在一起，通过交流电流产生磁场传递能量。线圈上流过的交流电流每个周期会变换两次方向，两个矩形线圈产生相应方向的磁通串在一起形成相对于单个线圈分布范围更广磁场强度更大的磁场。双矩形结构的线圈利用了磁通管，部分线圈和线圈下方的磁芯一起构成了磁通管。磁通管的作用在于利用线圈的合理绕制以沿着磁芯长度最大化的引导磁通路径的高度从而能增大与接收端接收线圈的耦合程度。

3. 研究计划与安排

1、完成英文文献翻译（1周）；

2、查阅与毕业设计选题相关的参考文献，撰写开题报告（第2~3周）；

3、各程序模块设计（第4~9周）；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] tavakoli r, pantic z. analysis, design and demonstration of a 25-kw dynamic wireless charging system for roadway electric vehicles[j]. ieee journal of emerging amp; selected topics in power electronics, 2018, 6(3): 1378-1393.

[2] zhang w, white j c, abraham a m, et al. loosely coupled transformer structure and interoperability study for ev wireless charging systems[j]. ieee transactions on power electronics, 2015, 30(11):6356-6367.

[3] 杨庆新, 章鹏程, 祝丽花,等. 无线电能传输技术的关键基础与技术瓶颈问题[j]. 电工技术学报, 2015, 30(5):1-8.