基于LCC-S补偿式谐振拓扑的锂电池WPT系统研究

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统具有安全、可靠、方便等优点。文章在分析WPT系统锂离子电池内阻及其典型充电方式的基础上,通过对WPT原理和谐振拓扑结构的研究,提出了基于LCC-S补偿式谐振拓扑的WPT系统。在电池等效负载变化的情况下,通过合理的参数设计,LCC-S补偿式谐振拓扑结构可以分别实现与负载无关的恒流模式和恒压模式,无需切换拓扑结构。在理论分析的基础上,设计了系统的参数,并通过MATLAB仿真系统搭建仿真模型,验证了研究中的恒流模式和恒压模式。

Comprehensive Review and Analysis of Two-element Resonant Compensation Topologies for Wireless Inductive Power Transfer Systems

Wireless power transfer(WPT)is gaining much attention for battery charging of electric vehicles(EVs).Resonant WPT systems play a crucial role in achieving efficient power transfer from source to load.An overview of two-element resonant compensation techniques and their characteristics under various operating conditions are presented.Also the converter and control strategies used for different topologies are reviewed.The behavior of the performance factors are evaluated against the operating conditions and compared for the different topologies.

基于补偿拓扑切换的MCR-WPT最大效率追踪方法

针对串联串联(S-S)和串联并联(S-P)补偿拓扑结构在大(小)负载场合传输效率低的问题,提出了基于补偿拓扑结构切换的磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统最大效率追踪方法.通过建立S-S、S-P等效电路模型提取谐振补偿网络参数,将系统最大传输效率切换点的寻优过程划分成轻载与重载两种工作模式,并使用有源阻抗匹配的方式对系统最大效率点进行自适应追踪.仿真测试结果表明:所提方法在轻载模式下能够维持原有系统最大传输效率,约为84.5%;在重载模式下效率由84.5%提升至91.6%,验证了该方法的有效性.

地下变形三维测量装置的无线电能传输系统设计

针对地下变形三维测量装置供电缺陷的问题,在不影响传感单元测量的情况下采用传感单元的测量线圈作为传输线圈。根据测量线圈的特性进行建模与优化,利用磁耦合谐振式无线电能传输方式,搭建了一套能进行多个节点之间电能传输的系统。该系统采用硬件与软件相结合的方法,对传感单元的电量进行监测,采用蓝牙通信技术使电能能够自上而下的传输。实验中,通过采用串联补偿电容的方式搭建串串拓扑结构,优化以测量线圈为主的传输模型,整个电能传输系统能够实现3个节点的电能传输,系统在补偿电容为22 nF时传输效率达到最大为31%。

感应耦合电能传输系统不同补偿拓扑的研究

比较了感应耦合电能传输(ICPT)系统的拓扑。讨论了ICPT系统中几种不同的补偿形式,包括单谐振补偿和多谐振补偿拓扑,并推导出匝比为1时每种拓扑的电压电流增益。为了最小化器件的电压电流应力和优化参数设计,介绍了谐振电路功率因数的概念。由分析结果及得到的曲线图可知,在单谐振补偿拓扑中,一次侧串联补偿与其余几种相比更能抵消漏感的影响。而几种多谐振补偿拓扑的效果则明显优于单谐振补偿拓扑。分析和比较了不同参数变化时的特性曲线,以便于进行电路设计。最后以一次、二次侧都进行并联补偿的一种电流型ICPT电路为例进行实验验证,以说明实际系统的性能。

新型注入式混合有源滤波器的研究

提出了一种新型混合有源滤波器的拓扑结构。其基本思想是根据分流原理,对有源部分进行适当控制来等效增大系统支路的谐波阻抗,提高无源滤波器的滤波效果;将有源部分与基波谐振电路并联来减小有源部分容量,同时将基波谐振电路作为一组单调谐无源滤波器的部分和其他无源滤波器组一起构成分流支路;无源部分还可以提供很大无功补偿容量,而且不影响有源部分的容量。仿真和实验结果证明了所提出的混合有源滤波器的可行性和正确性。

松耦合感应电能传输系统的设计

在建立感应电能传输系统互感模型的基础上,结合设计的小功率感应电源试验平台,分析了如何选择该系统的补偿拓扑和谐振频率.根据分析结果搭建了感应电源试验平台,并且通过实验,证明了该系统在额定负载下的输出功率最大.

滑动变压器在非接触电能传输系统中的研究

滑动变压器是自动化码头非接触感应电能传输系统的核心部件,可以实现高速货物运输小车的安全供电。根据滑动变压器气隙较长、漏磁较大的结构特点,建立滑动变压器基于耦合电感理论的状态空间数学模型,以及基于通用软件MATLAB/SIMULINK的仿真模型。该模型参数简明,使用方便。对各种补偿拓扑和谐振频率进行对比分析,验证了模型的有效性,同时为系统补偿方案和工作频率的选择了提供可靠依据。

新型谐振式混合有源滤波器的研究

为减小有源滤波器的容量,提出了一种新型混合有源滤波器的拓扑结构。其基本思想是:根据分流原理,适当控制有源部分来等效增大系统支路的谐波阻抗,提高无源滤波器的滤波效果;将有源部分与基波谐振电路并联来减小有源部分容量;合理地配置注入支路的参数,以保证滤波器具有较好的滤波能力和一定的无功补偿能力。仿真和实验结果证明了所提出的混合有源滤波器的可行性和正确性,所提出的拓扑结构消耗的有效材料少,体积小,占地面积小。

滑动变压器的数学模型及仿真

滑动变压器是非接触感应电能传输系统的核心部件,可以实现运动设备的安全供电。建立了滑动变压器的状态空间数学模型,该模型参数简明,通用性强。在此基础上,对滑动变压器一、二次侧的补偿拓扑及系统谐振频率进行了对比分析,并给出了相应的仿真结果,验证了模型的有效性。

电动汽车无线充电系统SS型补偿拓扑研究

随着电动汽车的普及,电动汽车的无线充电技术受到了广泛的关注。磁耦合谐振式无线传输系统的传输功率大,传输距离适中,因此磁耦合谐振式无线充电技术普遍应用于电动汽车无线充电。磁耦合谐振式无线充电系统可视为松耦合变压器,系统的原、副边线圈之间存在较大的漏感,需要添加相应的补偿拓扑来提升系统的功率和传输效率。对SS型补偿拓扑进行分析,并通过Matlab软件对其进行仿真,分析在不同的负载、电感和频率下系统的输出功率、传输效率的改变。结果显示SS型补偿拓扑的磁耦合谐振式无线传输系统可以承受较大范围的频率波动,输出功率和传输效率也较高,表明该拓扑结构适用于电动汽车无线充电系统中。

交叉耦合带通滤波器的优化研究及仿真

第五代移动通信技术对系统的滤波性能有着更高的要求,所以滤波器的优化是保障系统性能的关键所在。首先通过对滤波器函数多项式的损耗分析,推导出各项滤波指标与谐振器无载Q值之间的函数关系,并在一定的拓扑结构中进行仿真验证。然后对每个谐振器无载Q值进行补偿仿真,通过采用高Q值谐振器的方法,使通带边频点的损耗及响应曲线得到改善,最终实现滤波器优化设计的目标。

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。

MC-WPT系统能量与信号并行传输技术研究

随着无线电能传输技术的发展成熟,其应用范围不断扩大。为了提升系统的鲁棒性,实现高性能的电能传输以及信号传输,越来越多的应用场合要求实现通信功能。系统基于磁耦合谐振无线电能传输技术,针对具体相关的应用场景,设计了能量信号并行传输系统的框架。能量传输补偿拓扑选择LCC-S型结构,并在传统的双线圈能量传输耦合机构中加入了一对特殊线圈作为通信信道,实现了能量信号的并行传输,并从仿真和实验的角度验证了所设计系统的可行性。

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%。

LCL-S型无线电能传输系统负载与互感辨识方法

针对无线电能传输系统因线圈偏移、受电设备阻抗变化等导致系统模型参数不精确的问题,提出一种基于粒子群算法的LCL-S型无线电能传输系统负载与互感辨识方法。根据LCL-S补偿拓扑原边恒流及副边恒压的输出特性,采用滤波电容能量守恒理论,建立负载输出电压与互感、原边线圈电压与负载的数学描述。以输出电压理论值与实际值之间的误差构建成本函数,设计粒子群算法,通过数值寻优实现参数的辨识。仿真与实验结果均验证了该方法能够较为准确地辨识出互感与负载大小,且无需增加额外硬件电路及控制,降低了系统复杂程度。

电动汽车无线充电系统的分析与设计

无线充电技术(WPT)应用于电动汽车(EV),为电动汽车提供了新的充电方式,为解决充电安全和电动汽车续驶里程短的弊端提供了新的解决方法.介绍了电动汽车无线充电系统架构,分析无线充电技术的基本原理、控制方法、补偿结构和线圈结构.重点分析了适用于电磁共振式WPT的一次侧串联二次侧串联(SS)的补偿结构,给出了适用于电动汽车无线充电技术的补偿结构的选择和设计方法,以及矩形线圈结构的设计方法,并给出仿真结果,为搭建演示实验台架提供理论依据.