具备恒压特性的SP/S感应式无线电能传输系统

在感应式无线电能传输系统的实际应用中,通常需要系统输出电压保持恒定。采用一种基于串并/串(SP/S)谐振补偿的感应式无线电能传输系统拓扑结构,当系统发射端和接收端的相对位置确定并采用定频控制时,该结构在全负载范围内具备接收端输出恒压特性。同时分析了随着横向偏移的变化,系统输出恒压增益的变化特性。最后,设计了一个6.6 k W、20 k Hz定频控制的感应式无线电能传输实验系统,验证了所采用的SP/S谐振补偿拓扑结构的可行性和有效性。

感应式无线电能传输系统抗偏移技术研究综述

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)的应用初衷是为了让供电更加灵活方便,倘若系统的抗偏移性能不足,则难以满足实际应用的需求,因此抗偏移技术一直都是WPT系统研究的热点。文章综述国内外感应式WPT系统抗偏移技术的研究现状。首先,概述标准中关于偏移的定义和要求,介绍研究抗偏移技术的主要团队;其次,分析线圈偏移对系统输出性能的影响规律,并列出不同类抗偏移的技术手段;接着,重点介绍不同种类抗偏移技术的基本原理和主要研究成果,并指出不足之处;最后,论述抗偏移技术的未来研究方向。

饱和电抗器LCL补偿感应式无线电能传输系统谐波特性分析

针对LCL-S拓扑补偿的感应式无线电能传输系统,分析其频率分叉特性,获得了次谐振点频率的特点。通过设计感应耦合功率传输(ICPT)系统的参数能够消除频率分叉,提高系统的稳定性。得到了一般固有谐振点工作时,系统的输出功率较次谐振点的输出功率低的结论。为提高ICPT系统的可控能力,提出一种一次侧采用直流可控饱和电抗器的LC复合谐振网络的ICPT电路,基于互感模型和电路理论,详细分析输出电压的特点。以方波脉冲作为系统电源,饱和电抗器产生的高次谐波电流经过补偿网络能够传输到负载,提高系统传输功率。利用有限元软件建立饱和电抗器模型进行仿真,搭建实物样机系统进行实验,仿真结果和实验验证了理论分析的正确性。

电磁感应式无线电能传输系统变参数条件下补偿网络研究综述

电磁感应式无线电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)技术是无线电能传输技术中研究起步最早、实用化与商业化进展最快、目前应用范围最广泛的技术路线。然而影响其实用性的一个重要问题是负载及耦合敏感问题,如何提升变耦合或负载条件下ICPT系统的输出稳定性一直是研究的焦点问题。而补偿网络能够降低系统的无功功率,提高系统的能量传输效率与带负载能力,且对补偿网络进行合理的拓扑设计与参数优化设计能够使得系统具备耦合、负载无关等特性,因而对变参数条件下ICPT系统补偿网络的研究能够增强ICPT技术的实用性。文中总结变参数条件下ICPT系统补偿网络相关研究,按照负载无关型、耦合无关型、耦合负载均无关型的分类对其拓扑设计方法与参数优化方法进行归纳与整理总结,并探讨其未来的发展方向。

基于S/SP补偿拓扑的强抗偏移感应式无线电能传输系统

针对感应式电能传输(inductive power transfer,IPT)系统偏移造成输出电压不稳定和效率低下的问题,提出一种强抗偏移的S/SP补偿IPT系统,该系统在变耦合变自感和变耦合不变自感两种情况下均能保证较小的输出电压波动和较高的传输效率。首先,基于Maxwell有限元仿真,分析罐型磁心松耦合变压器的磁通分布和磁场分布特性,总结不同方向偏移的参数变化规律。然后,提出一种提高系统抗偏移能力的S/SP补偿参数设计方法,得到相应的磁耦合机构设计准则,并结合磁仿真数据,通过数值计算方式求得系统输出波动和输入阻抗角的变化规律。最后,通过实验验证文中采用罐型磁心和新型S/SP补偿拓扑实现多方向偏移下高效率、低波动无线电能传输的可行性。在额定负载下,系统沿纵向和水平方向偏移的输出电压波动分别为2.7%和3.1%,传输效率维持在90.8%~94.3%。

水下航行器感应式无线电能传输技术研究综述

感应式无线电能传输技术(inductive power transfer,IPT)为水下航行器长时间连续工作的电能补给问题提供了有效的解决方式,具有很好的应用前景。文中分别从理论和应用研究两方面对水下IPT技术的研究热点问题进行讨论,主要包括海水涡流损耗计算、系统建模、磁耦合机构设计和抗偏移系统设计。最后,从深远海环境适应性、系统互操作性、电能数据混合传输及系统级优化设计4个方面探讨该技术未来可能的发展趋势。

基于线圈定位与电容阵列的感应式无线电能传输系统调谐控制

在实际应用中,感应式无线电能传输系统通常存在耦合线圈错位的复杂工况,影响系统的传输功率和效率。基于线圈定位与电容阵列提出一种适于S/SP补偿网络的调谐控制策略,在错位失谐工况下,主动利用原、副边线圈的位置信息,优化系统特性。为了量化系统的输出电压波动,建立了S/SP补偿网络在全工况下电压增益曲线的计算模型。进而为确保错位工况下系统的恒压输出特性,在给定的耦合系数变化范围和输出电压波动指标内,给出了电容阵列切换级数和容值调节步长的最优设计,并与传统定电容补偿进行对比。最后,通过一台800 W输出的原理样机对所提策略的有效性进行验证。验证结果表明,采用所提调谐控制策略,可以显著提高系统的输出功率与效率,并大幅降低其输出电压波动。

感应式和电场式结合的无线电能传输系统研究

介绍了一种感应式(IPT)和电场式(CPT)结合的无线电能传输系统,该系统具有抗偏移能力强,传输功率高的优点,同时存在耦合器的设计比单独的IPT或CPT系统复杂,它们的尺寸和距离都受到相互制约的问题。为解决上述问题,提出了一种外加可调电感来改变感应式和电场式传输功率比的方法,能更加简便地实现不同功率比的系统。基于LCCL补偿的系统,设计了一个感应式和电场式传输功率比为3的结合系统,并验证了其可行性。

感应式无线电能传输系统谐波特性研究

感应式无线电能传输系统在超出一定负载范围时,将进入断续工作模式,基于基波近似法得到与负载无关的输出增益特性将不再满足,本文针对S-CLC型复合补偿拓扑,采用谐波分析法建立系统数学模型,给出整流侧电压/电流的谐波表达式,揭示波形发生畸变断续的主要原因。针对该补偿拓扑带载能力弱,提出了一种通过增加反向输入阻抗的高次谐波比例来提高输出增益的负载敏感度。搭建样机进行实验,结果验证了理论分析的正确性。

多负载无线电能传输系统的稳定性分析

多负载感应式无线电能传输系统由于加入了谐振补偿拓扑,可能存在多谐振点,从而导致系统频率控制中的不稳定现象。为此,本文重点研究了多负载无线电能传输系统的稳定工作条件。本文利用互感耦合模型获得了多负载系统次级侧到初级侧的等效反映阻抗;为了保证最大功率传输能力,获得了初、次级系统谐振频率一致时的初级谐振电容值;最后,根据多负载系统初级侧存在唯一零相角谐振点的条件,得到了多负载系统的稳定条件:当所有初、次级绕组之间的耦合系数的平方和与次级系统品质因数满足稳定条件时,系统工作在稳定区域,仿真分析验证了理论的正确性。

基于扩频的大功率无线充电EMI抑制研究

感应式无线电能传输(IPT)是电动汽车、移动机器人等中高功率无线充电应用中最受欢迎的解决方案。然而,大功率无线电能传输系统存在宽频带电磁干扰(EMI)问题,影响周边电子设备的正常工作。因此,高功率无线电能传输系统必须采取有效的EMI抑制方案。此处提出了一种通过电力电子电路实现无线扩频传输的方案,从源头上抑制了EMI的峰值幅度,从而降低EMI对周围设备的影响。该方案无需增加额外设备,可在一定范围内降低传统EMI问题的困扰。最后,通过搭建实验平台,验证了所提方案的可行性和优越性。

多线圈无线电能传输系统效率最大化研究

感应式无线电能传输系统主要依靠耦合线圈将能量从电源端传输到负载端。多线圈的耦合特性可以用来构建多输入多输出的无线能量传输网络,目前针对此类网络的稳态特性分析仍然不具有通用性。传输效率作为系统稳态特性之一,是多线圈系统的重要优化目标。由于线圈寄生电阻使得耦合器损耗占据整体系统损耗的大部分,因此,优化系统效率的关键在于最大化耦合线圈效率。首先,建立任意耦合线圈个数的无线充电系统的电路模型,依照输入输出稳态特性分析效率最大化的影响因素以及最优效率点下的功率分配和损耗;其次,仿真验证不同输入端和不同输出端时理论分析的准确性;最后,搭建实验平台验证多发射多接收无线充电系统效率最大化点的稳态特性。

实现效率优化的无线电能传输系统双侧多周期不对称电压激励方法

在宽功率范围内实现高效功率传输是无线电能传输系统的基本要求。为提升全功率范围下无线电能传输系统的效率,该文提出了一种双侧多周期不对称电压激励方法。该方法在一、二次侧采用一种具有多个周期的不对称激励电压波形,当系统需要降功率运行时,根据功率大小对构成多周期激励电压波形的各个半周期脉宽依次进行缩减。同时,通过调节二次侧激励电压波形相对于电流波形之间的位置关系,实现宽功率范围内的开关器件零电压开通。通过各个半周期脉宽随功率降低依次缩减的变化模式,使激励电压相位差随功率的逐渐降低而出现多次回归至峰值的非单调变化特性,平抑了宽功率范围内激励电压相位差的波动幅度而将其维持于较高值,进而实现宽功率范围内的效率提升。实验结果表明,所提方法在宽功率范围内的效率不低于传统方法的效率,在大部分功率点的效率高于传统方法的效率。所提多周期不对称电压激励方法无需任何额外硬件电路,可在宽功率范围内实现效率提升。

双边LCCL无线电能传输系统参数设计方法研究

本文分析了感应式无线电能传输(ICPT)技术中双边LCCL谐振网络的特性及工作原理,基于此原理提出了一种结合Ansoft 16.0软件的双边LCCL谐振网络的参数设计方法,该方法在分析中利用单匝线圈代替实际应用中的多匝线圈,简化了设计流程。利用此方法可实现发射线圈电流在特定频率点的恒定输出,形成稳定交变磁场,不受负载和耦合系数的影响。提出一种通过调节初级侧补偿电容实现零电压开通(ZVS)的方法。设计了一台10kW无线电能传输样机,验证了所提特性和参数计算方法的可行性和正确性。

电动汽车无线充电技术的研究进展

主要介绍了无线电能传输技术在电动汽车领域中的研究和应用。首先介绍了国内外电动汽车无线充电技术的研究进展及应用情况,然后介绍了两种主要的无线充电技术,感应式无线充电技术和谐振式无线充电技术的原理及特点;分析了提高电动汽车无线充电技术传输效率的措施,并讨论了无线充电技术对人体健康和环境的影响问题;最后提出了未来电动汽车无线充电技术需要解决的关键问题。

电动汽车无线充电技术的研究进展分析

本文对电动汽车的无线充电技术的应用进行了一些简要的分析,立足于感应式充电技术等先进的充电技术,对于未来的可能的发展方向进行了分析,主要对无线充电技术的原理以及其存在的优势进行了阐述,最后又提出了该如何提升无线充电技术的充电效率的课题并且做出了解答,希望能够为我们国家的电动汽车无线充电技术的水平提升做出一点贡献。

基于电容切换阵列的感应式无线电能传输系统调谐控制

在实际应用中,感应式无线电能传输系统通常存在耦合线圈错位的复杂工况,影响系统的传输功率和效率。本文提出一种适于串/串并补偿网络的调谐控制技术,以改善错位工况下的系统特性。根据T参数模型分析串/串并补偿网络的工作原理,并对失谐情况下的补偿网络特性进行研究。为确保错位工况下的系统特性,本文提出了一种基于定位信息的电容切换阵列的调谐控制技术。利用线圈定位计算原、副边线圈的错位距离,并投切不同的电容阵列,实现调谐控制。此外,根据系统的错位范围、平均离散度和切换步长实现了切换级数的最优设计。最后,搭建了一台800W输出的实验样机,采用本文提出的调谐技术,可将系统最低效率从78.6%提高到88.7%,输出波动从69.8%减小到7.9%。

基于改进型ZVT Buck电路的IPT充电系统设计

为了避免在感应式无线电能传输系统的耦合机构中增加多余的开关器件以及额外的无源元件,同时减小系统工作在高频率、大功率时全控型开关器件存在的开关损耗,提出基于改进型ZVT Buck电路闭环控制的方法实现对电池的恒流、恒压充电,通过分析改进型ZVT Buck电路的工作模态以及对电路参数的设计,确保在整个充电过程中DC-DC变换器均工作在软开关状态,最后搭建充电电流为35 A、充电电压为370 V的实验平台验证该方法的可行性。结果表明:该方法控制简单,并且降低了系统电路结构的复杂度,传输效率相对较高,能够满足恒流恒压充电需求。

多单元双向IPT系统的效率提升控制方法

为提升多单元双向感应式无线电能传输(IPT)系统在全功率范围内的效率,此处提出了一种效率提升控制方法。首先,分析了系统的基本特性。其次,分别针对子单元和公共单元提出了控制方法。对于各个子单元,通过对激励电压脉冲宽度角与锁相角的控制,在较低环流下实现开关器件零电压开通。对于公共单元,通过对激励电压脉冲宽度角的控制,满足子单元功率需求,实现开关器件零电压开通,并降低等效串联电阻上的总损耗。最后,搭建了最大功率为3 kW的实验平台,验证了所提方法相比于传统方法可显著提升效率。