基于電磁感應(yīng)的新能源汽車低溫充放電技術(shù)

摘要：伴隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，傳統(tǒng)的新能源汽車已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)階段的需求，目前的低溫充放電技術(shù)不能滿足續(xù)航要求，因此，必須基于電磁感應(yīng)原理深入挖掘低溫充放電技術(shù)。通過使用電磁感應(yīng)的新能源汽車低溫充放電技術(shù)，有效地利用電耦合變壓器，對(duì)新能源汽車低溫充放金屬進(jìn)行深入的研究，并對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了充分的分析，最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)基于電磁感應(yīng)的新能源汽車低溫充放電技術(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng)；新能源汽車；低溫充放電技術(shù)

中圖分類號(hào)：U469.7 ?收稿日期：2023-03-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.07.006

1 前言

伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，人們對(duì)資源的開發(fā)利用越來越普遍，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，使不可再生能源不斷減少。在這一背景下，很多國家開始重視新能源技術(shù)的有效開發(fā)和使用，以期降低不可再生能源的消耗。汽車是全球較大的消耗品，無論是制造汽車的材料，還是汽車消耗的燃料，都造成了很大的資源消耗，并且排放的尾氣對(duì)于環(huán)境的污染也比較嚴(yán)重。通過使用新能源驅(qū)動(dòng)的新型汽車可以有效地改善上述問題，進(jìn)而減少對(duì)不可再生能源的消耗。電磁感應(yīng)低溫充放電技術(shù)，主要的原理就是電磁能量進(jìn)行動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)低溫充電，進(jìn)而促進(jìn)新能源汽車行業(yè)的進(jìn)步發(fā)展，為同行業(yè)工作者提供參考性的意見。

2 電磁感應(yīng)低溫充放電技術(shù)的設(shè)計(jì)

2.1 低溫充放電耦合變壓器

新能源汽車內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)化，主要是通過放電耦合變壓器進(jìn)行的電力傳輸，在這一轉(zhuǎn)換過程中，整體充放電效果受到耦合變壓器使用性能的影響。因此，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)新能源汽車的長續(xù)航效果，需要對(duì)耦合變壓器的性能進(jìn)一步升級(jí)優(yōu)化。在低溫狀態(tài)下，耦合變壓器具有良好的使用性能，圖１所示為常見的耦合變壓器。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，電能轉(zhuǎn)換中的耦合變壓器敏感性較低，因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)頻率不合適的狀況。如果要進(jìn)一步提升其使用性能，就可以將內(nèi)部的磁芯材料用敏感性較高的材料來替代。如果在實(shí)際應(yīng)用過程中頻率出現(xiàn)了異常情況，就需要立即進(jìn)行磁芯材料的更換，以保障新能源汽車處于最佳的使用狀態(tài)。通過對(duì)低溫充放電耦合變壓器的實(shí)際放電測(cè)試發(fā)現(xiàn)，一旦電耦合器中輸送的電壓與二次側(cè)電壓之間存在較大的差距，就很容易使電池內(nèi)阻對(duì)整體的穿電效果造成影響，這時(shí)就需要進(jìn)一步計(jì)算壓降參數(shù)，公式為：

[IP=NFNE]

式中，[NF]是表充電壓；[NE]是內(nèi)阻差值。

同時(shí)，還可以使用有效的變壓器磁芯來提升耦合變壓器的使用效率，可以通過如下公式計(jì)算：

[?B=K1?K2]

式中，[K1]是磁感輸出量；[K2]是磁感變化權(quán)重。

在此基礎(chǔ)上，可促進(jìn)低溫充放電技術(shù)的有效應(yīng)用，盡量避免在電源運(yùn)作過程中出現(xiàn)超負(fù)荷情況，進(jìn)而難以控制耦合變壓器內(nèi)部的磁感變化。在實(shí)際的運(yùn)行過程中很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的故障，因此實(shí)際使用時(shí)一定要提前設(shè)計(jì)好耦合內(nèi)部線路，以保障正常的流程，更好地實(shí)現(xiàn)充放電工作。在低溫充放電耦合變壓器優(yōu)化后，可以進(jìn)行實(shí)際操作，對(duì)實(shí)際的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上機(jī)械能才為新能源汽車在低溫充放電空間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化[1]。

2.2 低溫充放電補(bǔ)償計(jì)算

在以往的新能源汽車充放電中，電能輸出時(shí)很容易出現(xiàn)氣隙，無法達(dá)到耦合變壓器的使用需求。為了進(jìn)一步延長充放電波，可以運(yùn)用電磁感應(yīng)技術(shù)，該技術(shù)能夠明顯地緩解低溫充放電氣隙。

在實(shí)際的應(yīng)用中使用電磁感應(yīng)技術(shù)，有助于提升新能源汽車的低溫充放電的效率。新能源汽車進(jìn)行充放電時(shí)，如果產(chǎn)生較大無效功率，就會(huì)導(dǎo)致輸出功率增加，造成不必要的浪費(fèi)，進(jìn)而導(dǎo)致不能滿足正常的供電需求。對(duì)于這種情況就需要使用充放電補(bǔ)償，進(jìn)而有效緩解該問題。通過使用Ｓ型結(jié)構(gòu)，能夠有效控制電動(dòng)汽車磁耦的實(shí)際輸出功率，避免在實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)大范圍的波動(dòng)，這也是低溫充放電的有效補(bǔ)償方式。在計(jì)算Ｓ型補(bǔ)償拓?fù)鋾r(shí)使用的公式為：

[Z=j+1CP]

式中，ｊ是輸出功率；[CP]是補(bǔ)償阻抗。

在實(shí)際的計(jì)算過程中，可以推算出精準(zhǔn)的補(bǔ)償數(shù)值。在結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行有效補(bǔ)充的時(shí)候，本身在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生諧振因子，這種狀況在實(shí)際運(yùn)行中是不能進(jìn)行補(bǔ)償?shù)模仨毷窃陟o止的狀態(tài)下才能夠進(jìn)行補(bǔ)償。因此需要有效運(yùn)用新能源汽車諧振參數(shù)的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律，推算出電磁感應(yīng)阻抗Ｆ，使用的計(jì)算公式為：

[F=ωZ2R]

式中，[ω]是諧振變化頻率；Ｒ是代表的新能源汽車綜合負(fù)載。

在實(shí)際運(yùn)行過程中使用的初級(jí)諧振電流為Ｍ，其計(jì)算公式為：

[M=1F2UJ+UE]

式中，[UJ]是負(fù)載電壓；[UE]是耦合變化壓差。

結(jié)合實(shí)際的初級(jí)諧振電流以及電磁感應(yīng)阻抗，可以分析放電功率和電流之間存在的數(shù)據(jù)關(guān)系。在功率不斷提升時(shí)，其諧振就會(huì)不斷下降，所以在實(shí)際運(yùn)行過程中，可以結(jié)合參數(shù)的變化進(jìn)行有效的補(bǔ)充，進(jìn)而提升其實(shí)用效果[2]。

通過補(bǔ)償可以起到提升諧振頻率的作用，使用時(shí)需要避免電流波動(dòng)。事實(shí)上在實(shí)際的應(yīng)用過程中是避免不了電路耐壓的干擾的，因此會(huì)出現(xiàn)小的波動(dòng)。這種情況就需要使用電壓進(jìn)行濾波處理，其中濾波后電壓波動(dòng)的變化計(jì)算式為：

[Q=2Uin（15-25%）]

式中，[Uin]代表的是電壓脈動(dòng)值。

這種情況下就要進(jìn)行電容儲(chǔ)存，用W代表電容總量，計(jì)算公式為：

[W=PminA?fmin]

式中，[Pmin]為最大測(cè)試功率；Ａ為交流電參數(shù)；[fmin]為最小的電流頻率。

在低溫充放電補(bǔ)償計(jì)算時(shí)，如果低溫充放電耦合變壓器在運(yùn)行中出現(xiàn)負(fù)載值，并且電源值處于穩(wěn)定的狀況，這不會(huì)影響到外界電流變化，也就表明充放電穩(wěn)定性與負(fù)載值之間的關(guān)系是正相關(guān)。通過補(bǔ)償，有助于提升實(shí)際應(yīng)用的電流值，同時(shí)也能夠提升輸出電壓值，對(duì)低溫充放電有著積極的重要作用[3]。

在此基礎(chǔ)上進(jìn)行諧振數(shù)值調(diào)整，與負(fù)載電壓運(yùn)行進(jìn)行對(duì)比，伴隨著諧振數(shù)值不斷的增加，輸出電壓值就會(huì)出現(xiàn)下降的情況。因此，這種情況就需要提升充放電的穩(wěn)定性，對(duì)充放電進(jìn)行極限電流的判斷，這對(duì)諧振補(bǔ)償也有一定的影響。

2.3 低溫充放電頻率跟蹤

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了有效提升低溫充放電頻率跟蹤技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行追蹤調(diào)查，雖然可以通過低溫充放電補(bǔ)償來提升充放電效率，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中也可能發(fā)生諧振匹配異常的情況。這時(shí)可通過追蹤低溫充放電頻率，在一定程度上降低電容阻抗，同時(shí)，依據(jù)新能源汽車工作頻率的整體運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，就可以進(jìn)一步計(jì)算出電阻臨界值。其中也會(huì)存在負(fù)載高于阻抗唯一解的情況，這容易導(dǎo)致充放電內(nèi)發(fā)生變化，出現(xiàn)頻率分化的現(xiàn)象[4]。

為保障低溫充放電頻率跟蹤的穩(wěn)定，在實(shí)際運(yùn)行過程中就要選擇合適的諧振電容。如果遇到了充放電工作頻率高出規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)內(nèi)部的電壓也會(huì)隨著升高，在達(dá)到一定溫度時(shí)，就會(huì)造成諧振電容損傷。在遇到這種情況時(shí)，為了避免造成更加嚴(yán)重的充放電損失問題，就可以通過使用絕緣電阻值大的電容，一般可以使用聚丙烯薄膜材質(zhì)的電容器，它有著較強(qiáng)的抗壓性、電性能，并且還能夠降低能量損耗，在實(shí)際的運(yùn)行過程中能避免短路現(xiàn)象，如果出現(xiàn)了電壓超標(biāo)，也可以啟動(dòng)自動(dòng)恢復(fù)的功能。

當(dāng)汽車內(nèi)部的電頻率處于規(guī)定的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，新能源汽車運(yùn)行效果將會(huì)表現(xiàn)較好，這期間內(nèi)的充放電效果也較好，如果在實(shí)際運(yùn)行中的充放電頻率高于或者低于運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)造成比較嚴(yán)重的工作偏差。在實(shí)際運(yùn)行過程中，為了避免出現(xiàn)充放電頻率出現(xiàn)故障，可以通過鎖相環(huán)進(jìn)行自動(dòng)的工作跟蹤，進(jìn)而可以成功地避免位差波動(dòng)，提升充放電頻率的精準(zhǔn)度。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證，進(jìn)一步了解電磁感應(yīng)在新能源汽車低溫充放電技術(shù)中的關(guān)鍵作用，下面進(jìn)行相關(guān)方面的分析[5]。

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在實(shí)驗(yàn)前需要做好充足的準(zhǔn)備，為了保障實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)性，可以使用統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這樣能夠?qū)Τ浞烹姯h(huán)境的溫度進(jìn)行統(tǒng)一的把控，以便模擬真實(shí)的低溫環(huán)境。通過該平臺(tái)，結(jié)合實(shí)際的新能源汽車的驅(qū)動(dòng)情況，有針對(duì)性地選擇輸出功率，最高不能超過100 kHz。除此之外，為了保障不受其他數(shù)值的干擾，就需要將參與實(shí)驗(yàn)過程中的其他功率進(jìn)行控制。例如，可以增添液晶顯示器以及電池管理系統(tǒng)，這將有助于輔助實(shí)驗(yàn)的順利開展，進(jìn)而降低實(shí)驗(yàn)中的偏差。實(shí)際的檢測(cè)可以分為幾部分，包含電路補(bǔ)償、電流轉(zhuǎn)化、能量傳送、恒定負(fù)載轉(zhuǎn)化以及逆變電路補(bǔ)部分。在實(shí)驗(yàn)開始前，要檢測(cè)平臺(tái)整體的電壓狀態(tài)，以及最高壓的數(shù)值，同時(shí)還需要進(jìn)行有效的功率開關(guān)器檢查，進(jìn)行多種狀況的分析，具體如表１所示。在此基礎(chǔ)上觀察不同的充放電電路和不同溫度下的實(shí)際表現(xiàn)情況。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)傳統(tǒng)的新能源汽車充放電技術(shù)和基于電磁感應(yīng)的新能源汽車低溫充放電技術(shù)，進(jìn)行充放電運(yùn)行模擬，并且要對(duì)實(shí)驗(yàn)中的充放電電力飽指標(biāo)進(jìn)行記錄。同時(shí)還需要進(jìn)行不同溫度下存放電技術(shù)的對(duì)比，在相同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的情況下進(jìn)行測(cè)試結(jié)果對(duì)比，對(duì)于實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用有著積極的參考價(jià)值。此外，對(duì)新能源汽車低溫充放電技術(shù)的設(shè)計(jì)，即使溫度不斷變化，也不會(huì)影響充放電性能，從而表現(xiàn)出較高的可靠性[6]。

4 結(jié)語

近年來隨著我國整體水平的不斷進(jìn)步發(fā)展，資源的消耗越來越嚴(yán)重，因此新能源技術(shù)的應(yīng)用越來越迫切。新能源汽車是最為重要的研究項(xiàng)目之一，也在不斷地進(jìn)行技術(shù)突破和完善，傳統(tǒng)的低溫環(huán)境下存在嚴(yán)重的充放電問題，嚴(yán)重影響新能源汽車的續(xù)航。為此，在新能源汽車低溫充放電技術(shù)中使用電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)，可以解決新能源汽車在低溫下充放電技術(shù)不足的問題，可促進(jìn)我國新能源汽車的快速發(fā)展。

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作者簡介：

武珊，男，1991年生，助理工程師，研究方向?yàn)樾履茉雌?、汽車檢測(cè)與維修。