针对实验验证的具有抗错位能力的电动汽车无线电力传输（EV WPT）技术，通过初级侧控制优化线圈几何形状和脉冲电流充电协议 作者：Marouane El Ancary、Abdellah Lassioui、Hassan El Fadil、Tasnime Bouanou、Yassine El Asri、Anwar Hasni、Hafsa Abbade 和 Mohammed Chiheb

《Eng》：Optimization of Coil Geometry and Pulsed-Current Charging Protocol with Primary-Side Control for Experimentally Validated Misalignment-Resilient EV WPT Marouane El Ancary, Abdellah Lassioui, Hassan El Fadil, Tasnime Bouanou, Yassine El Asri, Anwar Hasni, Hafsa Abbade and Mohammed Chiheb

　　

摘要

无线充电器在电动汽车领域的广泛应用普遍面临一个主要问题：即两个线圈之间的完美对齐，这会导致互感量下降，从而降低磁耦合效果，甚至无法实现能量传输。为了解决这一长期存在的问题，本文提出了一种综合性的方法，用于优化线圈和控制架构，以实现可靠且安全的电池充电。为了应对复杂非线性设计空间的挑战以及对错位具有容忍度的几何形状的需求，我们采用了一种混合算法（MA），该算法结合了粒子群优化（PSO）进行全局范围探索，以及网格自适应直接搜索（MADS）进行精确的局部优化。这种组合有效避免了单独使用PSO或遗传算法（GA）时可能出现的局部最优解不佳的问题，同时能够高效地找到在错位情况下仍保持强磁耦合的线圈几何形状。线圈设计完成后，通过有限元分析（FEA）进行电磁验证，评估磁场分布以及在不同错位情况和接地侧与车辆侧空气间隙变化下的耦合系数。同时，还开发了系统的初级侧控制策略。这种控制方法确保了初级侧的功率管理，使得系统能够兼容多种类型的车辆充电，并减轻车辆重量以延长续航里程。所有这些技术都与一种创新的脉冲电流充电方法相结合，该方法在热稳定性方面具有优势，能够实现安全高效的充电过程，并兼顾电池健康状况。仿真和实验验证表明，所提出的框架在最大100毫米的横向错位情况下仍能保持稳定的无线能量传输，直流-直流（DC–DC）效率超过87%，完全符合SAE J2954的对齐公差要求。