【新能源仿真系列】ANSYS在动力电池包结构仿真分析的应用

JMAG软件是由日本JSOL公司开发的功能齐全，应用广泛的电磁场分析软件。软件可以对各种电机及电磁设备进行精确的电磁场分析，为用户提供设计上帮助，降低用户产品的开发周期，取得竞争优势。 　 近年来，磁共振耦合作为一种新型无线传输技术受到了广泛的关注。磁共振不同于目前广泛使用的传统电磁感应传输方式。磁共振耦合的传输线圈和接收线圈的轴线不需要对齐，并且允许在几米的距离内进行有效传输。 为了使发射侧和接收侧产生共振，进而发射功率，应该对线圈的几何结构和电路进行优化设计。在发射侧和接收侧之间的空间中，很难使用测量的方式对磁场的产生进行可视化，因此也很难传输功率。通过分析再现电力传输状态有助于优化线圈的设计。本例展示了如何使用JMAG软件确定功率传输效率和磁通密度分布。图1　磁场共振耦合无线充电物理现象与分析模型关系图2　物理现象与分析模型关系 在电力传输过程中，高频电压作用于传输线圈，使电流在传输线圈中流动。如果频率和电路特性相匹配，电流开始在接收线圈中流动，从而产生功率传输。为了实现用谐振频率传递功率的目的，需要根据线圈电感对电容进行外部调整，以保持谐振状态，因为频率和电路常数是相互关联的。 分析分三个阶段完成。首先，进行分析计算线圈电感。接下来，根据获得的电感和目标共振频率，计算出所需的电容。最后，使用指定的电容器进行磁共振分析。物理现象与分析模型的关系如图1所示。分析步骤图3 分析步骤 获得分析结果所需的步骤如图3所示。对于线圈电感分析，创建一个磁场分析模型，其中电流施加到传输线圈上，接收线圈打开。通过分析，从得到的磁链和电流出发，对自感和互感进行了评估。接下来，根据共振频率和电感估计产生磁共振现象所需的电容。最后，将得到的电容作为电容器连接到线圈上，建立磁共振分析模型。通过分析可以得到磁场分布。此外，当电感和电容已知时，可以绘制出功率传输效率图。分析模型图4 分析模型驱动电路图5 驱动电路建模规则1）电感分析模型．请通过磁场/轴对称稳态分析研究评估电感．因为几何和磁场围绕中心轴具有均匀对称性，所以使用轴对称模型．因为电流是稳态切恒定的，所以将其作为稳态磁场分析处理．考虑到到建模的规模，将线圈建模为一个区域　２）磁共振分析模型．向传输线圈施加电流，将由谐振频率决定的电容器串联到电路上．由于磁共振现象，电流在接收线圈中流动．磁场变化为正弦波，所以进行频率响应磁场分析结果分析图6 　功率传输效率 图6为传输线圈和接收线圈之间不同距离的功率传输效率图。当线圈之间的距离为200至275 mm时，共振频率的每一侧都有峰值17.5 MHz。在该峰值下，传输频率传导接近100%。线圈之间的距离为300毫米时，峰值频率等于共振频率。当线圈之间的距离为325至400 mm时，峰值功率传输效率也不会达到100%，这意味着效率降低。因此，可以说，共振频率为17.5 MHz时的最佳输电距离约为300毫米。图7 磁密分布 云图为传输线圈和接收线圈之间的距离分别为200 mm、300 mm和400 mm时频率为17.0 MHz、17.5 MHz和18.0 MHz的磁通密度分布。 该图清楚地表明，对于传输线圈和接收线圈之间的每一个距离，传输效率高的频率下，接收线圈附近的磁通密度较大。总结 本例针对磁场共振耦合无线充电的方式，基于JMAG电磁场仿真环境，精确仿真了传输侧到接收侧不同距离时的功率传输效率和磁通密度分布。 来源：艾迪捷