Optimization of wireless charging systems for electric vehicles

Energy shortages in today's society are becoming increasingly severe. Countries around the world are facing the dual challenges of social and economic development and ecological and environmental protection. People around the world are actively taking various measures to balance the relationship between the two. In people's daily lives, fuel vehicles rely heavily on non-renewable energy and also pollute the environment. Electric vehicles have developed rapidly in countries around the world due to their clean, non-polluting characteristics and ability to achieve short-term distributed energy storage. Relevant surveys show that in recent years, the number of new energy vehicles in the automobile market has shown a significant growth trend. As the number of pure electric vehicles increases, the future development of new electric energy vehicles will depend greatly on charging technology. At this stage, in terms of electric vehicle charging technology, charging methods can mainly be divided into three categories: conduction wired charging, battery replacement charging, and wireless inductive charging. Traditional wired charging of electric vehicles faces problems such as easy corrosion, leakage, and complex operations. Battery replacement requires high battery capacity and is relatively complicated to operate. Wireless charging can solve these problems through magnetically coupled resonant wireless power transfer (WPT). The technology, not restricted by cables, has large transmission capacity, high efficiency, moderate transmission distance, and has increasingly become a new and efficient charging method for electric vehicles. Therefore, wireless charging technology has received increasing attention. The magnetic coupling coil is the core of the wireless charging system of electric vehicles, which directly affects the transmission efficiency and power of the system; the magnetic shielding structure is related to the electromagnetic leakage problem of the wireless charging system, and electromagnetic radiation has an impact on the human body. The design of the shielding layer is key to the practical application of wireless charging technology. Therefore, this article optimizes the design of the magnetic coupling coil and magnetic shielding structure, which is of great significance to the development and application of wireless charging technology for electric vehicles. The magnetic coupling coil is a key component of the wireless charging system to achieve air-to-air electrical energy transfer. In order to improve the coupling performance of the coil, this paper designs and optimizes the structure of the magnetic coupling coil. The number of turns, radius and coil transmission distance are set as optimization variables, the control variable method is used to initially determine the value range of the parameters, a mathematical model of the optimization problem is established, a genetic algorithm is used to obtain the optimal solution of the optimization variables, and the coupling coil is optimized. The design of magnetic shielding structure has now also become a hot topic in WPT technology research. The magnetic field leaked into the air during wireless charging of electric vehicles can cause harm to the human body, and by improving the design of the shielding structure, the magnetic field is reduced and the magnetic field leakage is reduced.

Il problema della carenza energetica nella società odierna sta diventando sempre più serio. I paesi di tutto il mondo si trovano ad affrontare la duplice sfida dello sviluppo sociale ed economico e della protezione ecologica e ambientale. Le persone in tutto il mondo stanno adottando attivamente varie misure per bilanciare il rapporto tra i due. Nella vita quotidiana delle persone, i veicoli a carburante fanno molto affidamento su energia non rinnovabile e inquinano anche l'ambiente. I veicoli elettrici si stanno sviluppando rapidamente nei paesi di tutto il mondo grazie alle loro caratteristiche pulite e non inquinanti e alla capacità di ottenere uno stoccaggio distribuito di energia a breve termine. Sondaggi pertinenti mostrano che negli ultimi anni il numero di veicoli a nuova energia nel mercato automobilistico ha mostrato un trend di crescita significativo. Con l’aumento del numero di veicoli puramente elettrici, il futuro sviluppo di nuovi veicoli a energia elettrica dipenderà in gran parte dalla tecnologia di ricarica. In questa fase, in termini di tecnologia di ricarica dei veicoli elettrici, i metodi di ricarica possono essere principalmente suddivisi in tre categorie: ricarica cablata per conduzione, ricarica per sostituzione della batteria e ricarica induttiva wireless. La tradizionale ricarica cablata dei veicoli elettrici deve affrontare problemi quali facile corrosione, perdite e operazioni complesse. La sostituzione della batteria richiede un'elevata capacità della batteria ed è relativamente complicata da eseguire. La ricarica wireless può risolvere questi problemi attraverso il trasferimento di potenza wireless risonante magneticamente accoppiato (WPT). La tecnologia, non limitata dai cavi, ha un'ampia capacità di trasmissione, un'elevata efficienza, una distanza di trasmissione moderata ed è diventata sempre più un metodo di ricarica nuovo ed efficiente per i veicoli elettrici. Pertanto, la tecnologia di ricarica wireless ha ricevuto crescente attenzione. La bobina di accoppiamento magnetico è il nucleo del sistema di ricarica wireless dei veicoli elettrici, che influisce direttamente sull'efficienza di trasmissione e sulla potenza del sistema; la struttura di schermatura magnetica è correlata al problema della dispersione elettromagnetica del sistema di ricarica wireless e la radiazione elettromagnetica ha un impatto sul corpo umano. Il design dello strato schermante è fondamentale per l'applicazione pratica della tecnologia di ricarica wireless. Pertanto, questo articolo ottimizza la progettazione della bobina di accoppiamento magnetico e della struttura di schermatura magnetica, che è di grande importanza per lo sviluppo e l'applicazione della tecnologia di ricarica wireless per i veicoli elettrici. La bobina di accoppiamento magnetico è un componente chiave del sistema di ricarica wireless per ottenere il trasferimento di energia elettrica aria-aria. Al fine di migliorare le prestazioni di accoppiamento della bobina, questo documento progetta e ottimizza la struttura della bobina di accoppiamento magnetico. Il numero di giri, il raggio e la distanza di trasmissione della bobina vengono impostati come variabili di ottimizzazione, il metodo delle variabili di controllo viene utilizzato per determinare inizialmente l'intervallo di valori dei parametri, viene stabilito un modello matematico del problema di ottimizzazione, viene utilizzato un algoritmo genetico per ottenere il soluzione ottimale delle variabili di ottimizzazione e la bobina di accoppiamento è ottimizzata. La progettazione della struttura di schermatura magnetica è ormai diventata un tema caldo anche nella ricerca sulla tecnologia WPT. Il campo magnetico disperso nell'aria durante la ricarica wireless dei veicoli elettrici può causare danni al corpo umano e, migliorando il design della struttura schermante, il campo magnetico viene ridotto e la dispersione del campo magnetico viene ridotta.