Ein induktives Energieübertragungssystem zum Aufladen von Elektrofahrzeugbatterien

Induktive Kraftübertragung

Die induktive Leistungsübertragung (IPT) ist eine Technologie, die die Leistungsübertragung zwischen zwei miteinander gekoppelten Induktoren über einen großen Luftspalt ermöglicht. Zu den Anwendungen von IPT gehört das berührungslose Laden von Elektrofahrzeugen. Ein typisches IPT-Batterieladesystem besteht aus drei Bausteinen: einem primären Netzteil, einem sekundären Aufnehmerregler und der gekoppelten Magnetstruktur sowohl des primären als auch des sekundären Reglers. In dieser Fallstudie wird mit dem Entwurf von fortgefahren die Steuerungen, nämlich kreisförmige Ladepads. Wir verwenden das EMS-Paket, um die Induktivität der Ladestationen zu simulieren.

Modell der SolidWorks Ladekissen

Zielsetzung

Die IPT-Systemsteuerungen werden durch zwei unterschiedliche kreisförmige Felder dargestellt (siehe Abbildung 1.c). Jedes Pad besteht aus einer Litzendrahtspule und 12 Ferritstreifen (siehe Abbildung 1.a und 1.b). Bei konstanter Wechselstromfrequenz ist die Luftspaltabmessung zwischen den kreisförmigen Kontaktstellen eine Funktion des Flusses, der sich aus dem Wechselstrom ergibt, der die primäre kreisförmige Kontaktstelle kreuzt. Das Ziel dieser Studie ist es, die primäre Kisseninduktivität in Abhängigkeit vom Luftspalt zwischen den beiden Kissen zu berechnen, um zu bestimmen, wie der Magnetfluss bei konstanter Frequenz maximiert werden kann.

(a) (b)

(c)

Abbildung 1. IPT-Ladepads: (a) Real-World-System [1, S. 76], (b) 3D-Modell des primären kreisförmigen Ladekissens (c) 3D-Modell des vollständigen kreisförmigen IPT-Ladesystems

Kreispolstermodell

Jedes der kreisförmigen Pads (siehe Modell in Abbildung 1.b) besteht aus drei Bausteinen: einer Litzendrahtspule, die auf 12 gleichmäßig beabstandeten radialen Ferritstreifen montiert ist, die beide an einer Trägerplatte befestigt sind. Jede dieser Komponenten wird hergestellt aus einem anderen Material. In Tabelle 1 sind die für die Konstruktion jedes dieser Bausteine verwendeten Materialien zusammengefasst.

Tabelle 1. Die Liste der Materialien, die für den Entwurf der kreisförmigen Ladekissen verwendet wurden.

Außerdem besteht jede der Litzendrahtspulen der kreisförmigen Ladekontaktstellen aus einer gewickelten Stromspule mit 12 Windungen. Der Strom, der durch die Sendespule fließt, beträgt 30 Ampere (RMS), während die Empfängerspule im Leerlauf ist (0 Ampere RMS).

Analyse des IPT-Ladesystems

Studienparametrisierung

Verwendung EMWorks EMS - Paket haben wir ein parametrischer AC magnetische Untersuchung des elektromagnetischen Verhaltens der kreisförmigen pads.As in Tabelle 2 angegeben zu analysieren; Wir haben die Simulationsfrequenz von 20 kHz berücksichtigt. Zusätzlich haben wir den vertikalen Luftspaltversatz von 90 mm auf 250 mm variiert. Die Primärpad-Induktivität wird bei offenem Sekundärpad gemessen.

Tabelle 2. Studienkonfiguration.

Analyseergebnisse

Nach dem Ineinandergreifen (siehe Abbildung 2 ) und der Durchführung der parametrischen Wechselstrommagnetstudie erhielten wir die in Abbildung 3 dargestellten Ergebnisse.

Abbildung 2. Ineinandergreifendes IPT-Rundladesystem.

In Anbetracht der in Tabelle 2 aufgeführten Studienkonfiguration variiert die Induktivität des primären kreisförmigen Ladekissens von 148 mH bei einem vertikalen Luftspaltversatz von 90 mm bis 132 mH bei einem Versatz von 250 mm. Die Entwicklung der primären Pad-Induktivität ist in Abbildung 3 zusammen mit den Simulationsergebnissen aus [1, S. 77].

Figure 3. Die Entwicklung der primären Kisseninduktivität in Abhängigkeit vom Luftspaltversatz im Vergleich zur Referenz [1, S. 77].

Verweise

[1] Chang-Yu (David) Huang, “Design of IPT EV Battery Charging Systems for Variable Coupling Applications,” PhD Thesis in Electrical and Computer Engineering, the University of Auckland, 2011.