电动汽车动态无线供电系统电能耦合机构与切换控制研究

针对电动汽车动态无线供电系统中电能耦合机构间传输效率与接收电流的波动性问题,推导了系统传输效率函数,并通过分析控制方式得到了原边线圈电流与系统切换控制之间的关系;进而提出了一种具有自检测步进切换功能的发射端控制策略和车载三线圈接收结构;最后构建了5kW动态无线供电系统模拟平台,通过实验验证了该结构能够有效减小系统传输效率和接收电流的波动。

基于PSGA的电动汽车动态无线供电系统优化布局

随着电动汽车动态无线供电系统的不断发展,其较高的初始投资费用越来越引起关注。基于此,提出了一种基于粒子群的混合遗传算法(PSGA)的电动汽车动态无线供电系统规划方法。首先分析了车辆行驶特性及储能装置特性,而后以储能装置能量和供电导轨长度等为约束,以电动汽车动态无线供电系统投资成本最小化为目标,建立了电动汽车动态无线供电系统优化布局的数学模型。针对建立模型的复杂性,采用PSGA对该模型进行求解。该算法利用粒子群算法中保留个体经验信息的操作来改进遗传算法中的交叉操作,提升了算法的搜索效率和精度。通过对算例的分析,验证了所提方法的有效性。

电动汽车动态无线供电磁耦合机构研究综述

电动汽车无线供电技术有效提升了充电的便捷性和安全性,动态无线供电技术实现了电动汽车的“边跑边充”,实时补充电能解决了续航里程焦虑,进而也可以降低车载电池的容量。磁耦合机构是动态无线供电系统中实现能量无线传输的关键部件,直接决定了系统的传输特性,是研究人员关注的重点。该文首先对电动汽车动态无线供电系统发展历程进行了介绍;之后结合磁耦合机构的分类对目前主要研究的结构类型特点进行了分析,并对当前磁耦合机构主要研究的关键问题和现状进行了详细介绍;最后,对磁耦合机构需要在未来进行研究的关键问题进行了讨论。

用于动态无线供电系统的双输出逆变器

提出了一种适用于动态无线供电(DWPT)系统的双输出逆变器。该逆变器可以产生两路相同的输出,用以驱动两段发射导轨(线圈)。该文首先介绍了逆变器的拓扑结构和工作原理,然后分析了逆变器输出电压增益、系统输出功率以及开关器件应力和软开关工作特性,并进行了实验验证。理论分析和实验结果表明基于该文所提逆变器的DWPT系统可以在拾取线圈移动过程中一直保持较高的传输效率,且最大效率为90%以上。同时,系统具有较快的动态响应速度,完全可以满足一般DWPT系统的要求。

动态无线供电系统收发端耦合角度对功率影响机理分析

在实况下的动态无线供电过程中,电动汽车由于颠簸导致收发端产生耦合角度从而引起传输功率波动,因此需要对电磁耦合结构存在耦合角度的情形进行分析。该文首先依据互感耦合模型,推导耦合系统中输出功率解析式,得出影响系统传输功率的互感系数在不同耦合角度与传输距离下的变化规律,并揭示其影响机理;其次利用有限元分析软件得到不同耦合角度与传输距离下的磁场强度分布特性,验证了理论推导的正确性;最后提出接收端采用三单元交叉式分布可减小耦合角度对系统能效的影响,并通过仿真和实验对比分析了三单元交叉线圈与单线圈在不同扰动下的磁场强度空间分布特性,证实了该结构可在实际扰动工况下稳定输出功率。

电动汽车分段式动态无线供电的投切调控方法

为解决动态无线供电系统中由于采用分段式导轨的布局结构使得原边发射线圈数目增加,进而需要对各段导轨中发射线圈进行实时投切控制的问题,文中提出了一种动态射频位置检测方案。利用射频芯片设计一种高性能433 MHz射频电路,并设计了一种定向PCB板载天线接入射频电路以提高位置检测系统的指向性。通过调整模块的发射功率和接收灵敏度来控制其通讯识别距离并测试其穿透性能与抗干扰能力,最终验证其检测识别性能良好。

移动负载的动态无线供电系统发展及关键技术

随着移动负载对动态无线充电功能的迫切需求,动态无线供电技术逐步进入人们的视野并成为新的研究热点。文中首先针对现有动态无线供电系统的主要结构及优缺点进行比较研究;然后分别从高频逆变电路、补偿网络、电磁耦合机构、供电线圈切换方法和电磁兼容等方面,探讨动态无线供电系统的关键技术;最后结合近年来国内外学者的研究成果,对动态无线供电技术的工程应用现状进行总结分析,并对动态无线供电技术在未来的发展趋势进行了预判,指出动态无线供电技术在自动导引车、变电站智能巡检机器人、移动式机电设备、轨道交通和电动汽车等领域将具有广阔的应用前景。

基于LC/S补偿的电动汽车动态无线供电拓扑

针对电动汽车在行驶过程中,接收端偏移导致供电功率剧烈波动,影响供电连续性和稳定性的问题,从平缓传输功率波动的角度出发,提出一种基于电感-电容/串联(LC/S)补偿的双发射供电拓扑结构,利用双发射结构中耦合系数互补的特点,降低偏移距离对功率波动的影响。最后搭建12 W实验平台来验证所提方法的有效性,在整个动态供电过程,系统的输出功率波动范围在10%以内,传输效率达到78%,验证了理论仿真的正确性和供电拓扑结构的有效性。

机器人随机位置下动态无线供电阵列式发射模组优化设计

为群智能行为研究和货物分拣场景中随机移动的多机器人实时补给电能,满足其不间断工作的需求是一个重要问题。该文提出一种基于有效耦合区域定量分析的阵列式电磁发射模组优化设计方法,可满足机器人在工作区域任意位置实时补给电能的需求。首先,分析了机器人运动过程中收发线圈存在的耦合情形以及相应的接收功率解析式。其次,提出了以满足机器人额定功率需求为基准,界定有效耦合区域的划分方法,并采用有限元分析方法定量表述了不同激励模式下的有效耦合区域,进而得到阵列式发射模组空间结构排布方法以及相应的线圈激励导通工作模态。最后,搭建了基于2×2阵列发射模组的小功率动态无线供电平台,验证了机器人随机位置动态无线获取电能补给的有效性。

电动汽车分段式动态无线供电系统研究

电动汽车充换电困难作为目前制约电动汽车普及的主要问题,动态无线供电技术的普及可以有效的解决这一难题。本文以动态无线供电的连续性、稳定性、安全性为目标,基于磁谐振式无线电能传输技术,进行电动汽车分段式动态无线供电系统的相关研究,且针对耦合机构提出了多种供电模型。并基于薄膜压力传感器、继电器等搭建了一套动态无线供电实物模型。实验结果表明小车可以正常寻迹,可以正常触发传感器实现发射装置的切换,系统切换策略可行且有效。

用准静态谐振腔实现自由空间无线电能传输

为了使运动工作和随意摆放的设备得到高效利用,从而不断提高人们生活品质和生产效率,人们迫切希望能够以无线方式为这些设备提供电力,而不是依赖导线连接电源或者停下工作来充电。据此,利用准静态谐振腔原理,初步研究了在特定三维空间内,为静止或运动设备无线供电的技术。根据准静态谐振腔结构和电磁场分布特点,给出了准静态谐振腔电磁场各坐标分量的直观近似表达式。在此基础上,分析了接收线圈的感应电动势和腔体的功率损耗,以及传输效率的一般表达式。制作了2.08×2.08×1.12 m^(3)的立方体且带一对电极的准静态谐振腔,并针对接收线圈的自转和公转等运动,开展了传输功率与传输效率的实验研究和相同条件下的仿真研究,实现了在手持且运动状态下为手机无线充电的功能。

无线电能传输技术应用研究现状与关键问题

自美国MIT研究团队于2007年公开发表对无线电能传输技术的研究成果以来,国内外专家学者从科学问题和关键技术两方面进行了广泛且深入的研究。伴随着难点问题的突破,无线输电作为一种新型电能传输方式所辐射的领域不断增多。该文首先对无线电能传输技术的分类和组成进行简要介绍;其次着眼于国内外10余年来,该技术在家用电子设备、智能家居、医疗器件、工业机器人、物联网、水下探测设备、交通和航天八大领域的应用,重点阐述该技术的应用水平和目前在不同领域中存在的难点问题;再次从文献和专利两方面对比分析国内外该技术的研究成果;最后总结了无线电能传输技术在各领域实际应用中的关键共性问题,并分析无线电能传输技术产业化发展现状。

具有高带宽的Boost变换器输出电流单闭环控制方法

受Boost变换器固有的右半平面零点(Right-Half-Plane Zero,RHPz)的限制,输出量闭环带宽难以提高,输出量的波动程度因输入电压扰动而较大,这个缺点在动态无线供电应用中体现得更明显。为此提出一种Boost输出电流的单闭环控制方法,仅需给反馈量引入一个电感电流微分项,不仅实现简单而且具有更高的带宽。仿真和试验结果表明,提出的单闭环控制方法具有更优的暂态性能,和传统单闭环方法相比,音频易感度幅值降低了12 dB,因此具有更低的输出电流波动率。