无线充电LCC谐振补偿网络的特性

针对传统无线输电系统存在传输功率和效率随发射线圈上的电流变化、发射线圈的电流随负载变化的现象,提出一种新型双侧LCC补偿结构的谐振变换器拓扑。通过叠加定理分析法对系统进行建模,分析影响系统传输功率、效率的因素及输出电流与输入电压之间的增益关系,给出选取谐振元件参数的方法,通过LTSpice仿真软件对谐振式LCC补偿拓扑的WPT系统仿真,搭建系统样机验证仿真的准确性。结果表明:当副边线圈电流超前原边线圈电流90°时,系统为最大传输功率。搭建1 kW样机进行理论验证,满载时整机效率为92%。

LCC-S型无线电能传输系统优化配置及特性研究

针对一次侧LCC、二次侧LC串联拓扑(LCC-S)的磁场耦合式无线电能传输系统(WPT),建立其数学模型,同时考虑实际系统元器件应力约束以及元件参数漂移的影响建立多目标优化模型。从工作模式分布、元件应力、传输效率及输出功率等多个不同角度分析其多工作模式运行的优缺点,并基于多目标遗传算法对补偿网络参数进行优化配置,从而优化WPT系统各工作模式的传输性能。在此基础上对优化前后的各工作模式特性进行对比分析,最后通过实验验证多目标优化效果,实验结果表明,该优化方法改善了各工作模式的传输性能。

多目标PSO的LCC/S型磁谐振耦合机构参数优化算法

针对LCC/S型无线电能传输系统谐振补偿拓扑参数配置困难,使得系统难以同时兼顾效率与输出功率,以系统传输效率和输出功率两输出特性构造目标函数。对于这两个具有非线性关系的目标函数,通过Pareto支配并结合粒子群优化(PSO)算法进行寻优计算,以此完成对LCC/S磁谐振耦合机构的多目标参数优化,使得系统在获得足够功率的同时获得更高的传输效率。通过仿真验证了优化算法的有效性。

电动汽车无线电能传输系统建模与电磁安全评估

从线圈结构和双边LCC补偿拓扑两方面开展无线电能传输系统的优化设计,以实现指定的输出功率和最高的传输效率。为研究无线充电环境中电磁场对人体的影响,通过三维电磁场仿真软件构建了一个完整的电磁环境仿真系统,包含无线充电系统、电动汽车和具有重要器官的人体模型。模拟了7个场景:成人站立于车后方;成人坐于车内左前、右前、左后和右后方;成人躺卧于车后方;儿童躺卧于车后方(最坏情况)。仿真结果表明,对于22 k W的高功率无线充电环境,躺姿势儿童的心肺和躺姿势成人的心脏超出国际非电离辐射防护委员会规定的感应电场基本限值。由于车辆外壳的屏蔽和人体与利兹线的距离,坐在车内和站立于车后的场景对人们是安全的。

电动汽车移动式无线供电系统建模与仿真

为解决电动汽车采用静态无线充电方式时充电频繁、续航里程短的问题,设计了电动汽车移动式无线供电系统,并建模仿真。首先设计了一种多逆变器并联的逆变电路,以满足供电系统对大功率的需求;其次采用双边LCC补偿拓扑,并对其进行T变换后完成计算分析。最后设计了双初级绕组并联的无线供电系统和单初级绕组无线供电系统,使用MATLAB/Simulink完成模型搭建和仿真。仿真分析表明,与单初级绕组无线供电系统相比,双初级绕组并联的无线供电系统具有更高的传输功率和效率。

电动汽车无线充电自整定控制

针对电动汽车需要分段式恒流充电以及无线充电的输出电流易受自身参数和环境变化影响的问题,应用电路理论分析了双LCC拓扑无线充电系统的动态特性,并通过扩展函数描述法(EDF)建立了描述该系统受扰动时的小信号模型,进而提出了一种基于双LCC补偿拓扑结构下电流-电流环的双闭环控制策略,实现了电动汽车无线充电的自整定控制。最后通过仿真验证了该系统能够有效减小动态响应时间和输出电流纹波系数,并且搭建谐振频率为85kHz电动汽车无线充电实验平台,验证了理论与仿真的正确性。

基于正交磁场的无线能量和数据协同传输技术

该文提出一种新型的无线能量和数据协同传输方案,通过采用基于平面方形线圈和DD线圈的正交磁耦合机构,降低交叉干扰,拓展设计自由度,简化电路分析。提出基于有限元仿真的正交磁耦合机构优化设计方法,阐明能量传输和数据传输交叉干扰小的原因,研究能量和数据传输特性。为验证理论分析,搭建一个传输距离为130mm、磁耦合机构(包括能量线圈和数据线圈)外尺寸为120mm×120mm×15mm、输出功率为47W的样机,样机效率可达68.4%,数据传输速率为1.0Mbit/s。通过对比数据单独传输及能量和数据协同传输时的波形,证明能量传输和数据传输干扰可忽略。

具有强抗偏移性能的电动汽车用无线电能传输系统

针对电动汽车无线充电时线圈偏移会造成输出电压不稳定和效率迅速降低的问题,设计一个抗偏移性能优异的电动汽车用无线电能传输(wireless power transfer, WPT)系统,该系统采用LCC/S补偿拓扑以及扁平螺线管磁耦合结构,并在后级加入数字闭环Buck变换器,以实现精确的恒压输出。分析LCC/S补偿拓扑的输出特性,说明扁平螺线管磁耦合结构抗偏移性能优异的原因,借助有限元仿真软件优化线圈和磁芯的尺寸。为验证理论分析,搭建输出功率恒定为500W的系统样机,样机使用的磁耦合结构的外尺寸为306mm×300mm×16mm。结果表明,当传输距离176mm时,能量传输效率高达88%,即使横向偏移达到230mm,系统仍能输出恒定电压。

一种磁耦合式谐振式无线电能传输系统的研究

在传统的无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)系统中,系统的发射线圈上的电流随负载变化会引起传输功率和效率的变化。针对该问题,我们采用集成式LCC补偿拓扑。采用二端口网络分析法对系统进行建模和分析,得出不同负载情况下,系统的输出电流和输入电压的增益、输入阻抗实部、系统效率的曲线。为了对系统参数的选择提供参考,我们通过分析负载和耦合系数对谐振元件的电压电流应力的影响,提出了谐振元件参数优化的方法。最后,搭建了集成式LCC补偿拓扑的WPT系统样机,实验结果证明了理论分析的正确性。

电动汽车无线充电系统的功率控制方法

为了实现电动汽车无线充电系统的功率控制,本文采用T型解耦与受控源等效分析的方法对集成LCC补偿拓扑进行分析,得到此种拓扑在系统参数确定的情况下输出为恒流源的特性,并获得了系统传输功率的表达式。基于拓扑分析,提出了通过以BUCK电路输入电压反馈来对无线充电系统进行功率控制的方法,设计了恒功率充电与恒电流充电两种充电模式,并在实验中对此方法进行了验证。

基于接收端可控整流的无线电能传输功率调节系统

介绍了一种用于电动汽车无线充电系统的功率调节方法,通过在接收端整流桥低边二极管上并联两个MOSFET,控制器能调节其导通时间来完成输出功率的调节。分别介绍了两种模式下MOSFET的导通时序,并以双边LCC的补偿拓扑为例,在考虑了高频开关谐波的情况下,导出了其输出功率和功率因数随导通延时角的变化公式,并分析了如何保证发射端MOSFET的软开关。然后描述了该功率调节系统的硬件实现,并搭建了一个无线充电可控整流功率的200 W样机。最后根据分析出的该方法的功率调节范围、功率因数变化等特性,得出这种调节方法在小范围内效率高,比较适合发射和接收端双边控制的结论。