自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电器

目前的无线供电应用中多采用锂电池作为负载,无线充电器应提供电池所需的先恒流后恒压输出,其中恒流与恒压的切换多依赖后级变换器、复合拓扑或高阶网络来实现,控制复杂,可靠性差.为解决该问题,文中提出了一种可自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电系统,该系统通过在原边侧增加辅助线圈和无源整流桥,实现恒流与恒压模式的自动切换,不...     

电动汽车无线充电混合补偿拓扑电路分析

无线电能传输补偿方式直接影响输出电流、电压的增益特性,提出一种混合补偿拓扑电路,解决负载动态变化时输出电流、电压不稳定的问题,可应用于电动汽车恒流恒压无线充电电路。对拓扑电路原副边线圈建立等效松耦合变压器T模型,分析得出等效负载动态变化时可以实现恒流恒压输出的特性。构建仿真模型和试验台架,仿真验证电路分析的正确性。实验验证了在串/并补偿拓扑下副边稳流输出且原边逆变电流滞后电压,在串/串并补偿拓扑下副边稳压输出且原边逆变电流与电压同相。     

兼具强抗偏移性与功率可控性的可重构无线充电系统研究

针对水平偏移与电池充电时输出功率可控性较弱的问题，提出一种可重构无线充电系统WCS（wireless charging system）。通过合理地切换传能通道，实现互感与负载较宽范围变化时恒流/恒压充电和全桥逆变器软开关ZVS（zero voltage switching）状态。首先，分析系统电路拓扑，推导系统参数与充电电流/电压、ZVS状态之间关系式，据此阐释系统重构与功率可控的合理性；其次，构造交叠线圈式磁耦合机构MCSC（magnetic coupler with sandwich coils），分析其水平偏移性能，为系统高偏移容忍度的设计提供依据；第三，分析WCS的工作流程，设计的闭环控制器实现了较宽偏移与负载波动时恒流/恒压充电、ZVS状态；最后，搭建旋翼无人机用WCS，实验结果表明，最大输出功率为126 W且系统效率大于85%时，水平偏移范围为直径340 mm的圆形区域。     

基于双耦合线圈的无人机轻量化无线充电耦合机构设计

针对中大型无人机无线充电需求，设计了一种双耦合线圈无人机无线充电耦合机构，该耦合机构在满足无人机接收侧轻量化设计的同时，具有较高的传输能效与一定的抗偏移能力。双接收线圈安装在无人机双侧底部支架位置，双发射线圈安装在与无人机支架倾斜角度相同的梯形发射平台上，以减小无人机大范围偏移，同时采用顺向串联的形式，保证无线充电的均匀性。采用串联-串联S-S（series-series）补偿结构，运用有限元仿真，对比分析耦合线圈不同参数对传输效率的影响，以轻量化为原则对耦合线圈进行优化设计。通过搭建无人机无线充电实验系统进行验证，结果表明，该耦合机构可有效地对无人机电池以1.2 kW功率进行充电，传输效率为95.554%，无人机侧耦合机构质量为320 g，符合无人机耦合机构轻量化设计需求，且具有一定的抗偏移能力。     

具有原边互感识别功能的恒流恒压无线充电系统开发

为了满足电动汽车电池先恒流后恒压充电的需求,根据补偿网络工作的特性,结合充电安全性的要求,设计了基于LCC-LCC/S混合补偿网络的无线充电系统方案.在恒流充电模式下,副边采用LCC补偿拓扑.在恒压充电模式下,副边采用串联补偿拓扑.在此基础上,针对静态充电技术中容易出现两侧线圈偏移的问题,提出了根据原边逆变器输出电流和互感的内在电路关系自动识别互感值,再移相调节输出的高频电压,从而保持额定充电电流和电压的方法.最后,搭建了恒流输出5 A、恒压输出200 V的无线充电系统样机对设计的系统方案进行验证.实验结果表明,系统可以通过切换副边补偿网络,自动稳定地切换充电模式,且线圈发生偏移之后仍然可以实现额定电流和电压充电.该系统省去了原、副边之间的无线通信,允许两侧传输线圈有较大的偏移量,运行安全性高,电路结构和控制策略简单.     

基于变结构中继回路的感应电能传输无线充电系统

针对感应电能传输(inductive power transfer,IPT)无线充电系统中恒压或恒流输出的相互转换问题,基于LCL/S拓扑电路,提出含变结构中继谐振回路的恒压恒流无线充电系统,利用2个相互解耦的DD型线圈作为中间线圈,与谐振电容器形成谐振回路,使用2个交流开关用于系统充电模式的切换,实现独立于负载的恒流和恒压充电。该结构不需要原副边通信以及复杂的控制策略,在充电过程中没有无功功率输入,可获得较高的传输功率和传输效率。为了验证该方法的有效性和可行性,在PSIM中进行电路仿真并搭建实验原理样机,实验结果表明:基于所提方法输出的恒流和恒压随着电池等效负载电阻改变而轻微变化,但仍然满足电池恒流和恒压充电要求。     

基于发射侧T/F变结构补偿网络的恒压/恒流无线充电系统

随着新能源产业的迅速发展,锂电池以其优越的性能得到市场的青睐.为满足锂电池充电过程中对恒流和恒压的实际需求,提升充电的灵活性与安全性,该文提出一种基于发射侧T/F变结构补偿网络的恒压/恒流无线充电系统.首先剖析在不同电源输入工况下串联-串联(S-S)型补偿网络的基本输出特性,同时结合高阶补偿网络的构造机理,借此衍生出适用于锂电池无线充电的变结构补偿网络的设计思想.在此基础上,利用等效电路分别建立恒压和恒流充电模式的分析模型,推导实现系统恒定输出和维持零相角状态的基本条件,揭示系统增益与变结构补偿网络参数之间的内在联系,阐明基于发射侧电流大小的充电模式切换方法.最后通过仿真与实验验证变结构补偿网络的恒压/恒流无线充电系统及其参数设计方法的正确性和有效性.     

适用于分段式动态无线充电的接力方法

按动态无线充电技术设想铺设充电道路,给行驶中的电动汽车不间断地提供电能,为解决动力电池瓶颈问题提供了一种可行途径。为了降低线圈损耗和磁场泄露水平,充电道路采用分段式布局。但是分段式布局使得原边线圈数量增加,需要对原边线圈链供电管理进行实时调控。为此,提出一种基于副边主动激励探测的具有分散控制逻辑的接力方法,保证只对提出无线充电请求的电动汽车下方的原边线圈激励,实现精准定位和局域供电。该方法充分复用了原/副边功率线圈,无需增加额外的传感装置和集中信号线路。主动激励探测电路配置为串—串型补偿网络,并利用其频率分裂特性,增强探测信号强度,避免副边主动激励过流问题。同时设计了合理的接力控制流程,降低探测所需功率,避免原副边同时激励冲突。最后搭建了5∶1缩比尺寸的分段式动态无线充电演示平台,实现8个原边线圈的有效接力,验证了所提接力方法的可行性。     

基于弧形线圈结构的无线充电系统能量传输与控制

基于磁耦合谐振原理,设计一套基于弧形线圈和二次侧控制的无线充电系统,对水下自主航行器(AUV)无线充电技术有一定的借鉴意义。首先,提出一种可适应AUV特殊圆弧外形且接收端体积小、质量轻的磁耦合装置,利用有限元分析和实际测试对磁耦合装置进行性能分析,得知磁耦合装置具有良好的磁场自约束能力和耦合系数高达0.53的耦合能力;其次,对能量传输与控制系统进行设计和分析,设计系统运行可靠、二次侧独立控制的能量传输和控制拓扑,分析接收侧Buck变换器对充电电压和电流的调节作用,得到占空比与充电电压和电流的关系,并完成闭环环路设计;最后,搭建实验系统对方案进行验证。测试结果表明:该系统可实现对48V电池组(恒流阶段设定11A,恒压阶段设定54.1V)正常充电,系统最大充电功率600W,对应效率88.3%。     

基于空间旋转磁场的全方向无人机无线电能传输系统EI北大核心CSCD

针对传统磁耦合式无人机无线电能传输系统存在的能量发射侧与接收侧需同向对准问题,该文提出一种基于空间旋转磁场的全方向无人机无线电能传输系统。新型磁耦合装置原边采用3个共面正六边形发射线圈,控制其激励电流幅值相等、相位互差120°,可在发射线圈上方生成空间旋转磁场,提供全向能量传输通道。该磁场的主磁通在水平面内旋转,与垂直于发射线圈平面的空芯接收线圈形成有效耦合,使磁场工作区域远离无人机机身。搭建实验平台,以系统能量传递功率和效率作为评价指标,验证系统应用于无人机无线电能补给的有效性。实验结果表明,在设计区域内,接收线圈旋转任意角度时,均可实现高效传能。