电动汽车无线充电系统双LCC型补偿拓扑研究

为了提高无线电能传输(WPT)系统的传输效率,通常在原、副边添加谐振补偿拓扑.目前研究的谐振补偿 拓扑包括SS型、双LCL型和双LCC型.对双LCC型补偿拓扑进行分析,并通过MATLAB 软件对其进行仿真,分别研 究不同负载、互感和角频率下系统的输入功率、输出功率、传输效率.研究结果表明该补偿拓扑的传输特性良好.     

基于SS型磁耦合谐振无线电能传输频带序列划分

磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WPT)具有传递功率较大、距离适中、传递效率高等优点。针对MCR-WPT中频率资源划分尚未统一的问题,基于两线圈串联-串联(SS)模型的WPT系统,用电路模型分析WPT系统的运行特性,提出了WPT谐振频率范围划分的距离原则。使不同传递距离范围对应不同谐振频率序列,并结合改进几何均值原则对划分结果进行修正,得到修正后的谐振频率序列推荐值。同时,为增强WPT对负载变化的适应性,将谐振频率点拓展为工作频段,提出基于负载特性的工作频段确定方法。再将谐振频率序列和工作频段结合,实现了基于SS型MCR-WPT系统的频带序列划分。最后搭建实验平台验证频带序列划分结果的合理性。     

一种磁耦合谐振式无线电能传输系统的研究

在传统的无线电能传输(WPT)系统中,系统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,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。为向系统参数的选择提供参考,通过分析负载和耦合系数对谐振元件电压、电流应力的影响,提出了谐振元件参数选取的方法。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。     

采用新型负载恒流供电复合谐振网络的无线电能传输系统

针对传统LC谐振拓扑无线电能传输(WPT)系统在负载动态变化时,无法实现负载恒流供电及系统工作频率失谐问题,提出一种新型一次侧LCL、二次侧LCC复合谐振网络无线电能传输系统。首先,在基波条件下,依据漏感模型建立了磁路机构等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式;然后,通过系统参数优化设计,进一步推导出了复合谐振网络中实现负载恒流供电以及系统谐振工作频率稳定的条件。仿真结果表明,基于参数优化设计的新型复合谐振网络无线电能传输系统,能够实现负载无线恒流供电,并且系统工作频率稳定。实验结果验证了理论分析和仿真分析的正确性和有效性。     

不同补偿拓扑结构下电动汽车无线充电系统传输特性对比

无线电能传输系统(WPTS)的核心器件为耦合变压器,其原、副边线圈间的气隙会产生漏感和激磁电感,从而降低输出功率和传输效率.为了补偿漏感和激磁电感,WPTS需要添加补偿网络.根据原、副边补偿方式不同,有SS(series-series)型、双边LCL型和双边LCC型补偿拓扑.针对这3种典型的补偿拓扑,通过MATLAB/SIMULINK仿真,分析其传输特性,并分析了其在抗偏移方面的性能.结果发现SS型补偿拓扑适用于高功率工作环境,但在某些特殊工况中存在较大安全隐患;LCL型补偿拓扑鲁棒性较好,但不适于大功率系统;LCC型补偿拓扑在保持较好鲁棒性的同时,传输功率有明显提高.搭建实验平台对SS型补偿拓扑的传输特性进行验证,发现当磁耦合器不发生偏移时,传输功率可达3 kW以上,当耦合器线圈偏移到200 mm时,传输功率高达6 kW.     

基于E类逆变磁耦合无线电能高效率传输设计

针对无线电能传输(WPT)系统效率低的问题,提出了一种基于E类双管逆变器和FPGA频率跟踪控制的磁耦合谐振式WPT(MCR-WPT)系统。设计了双E类高频逆变电路,推导出带有E类逆变MCR-WPT系统传输效率的表达式。利用Multisim进行了电路仿真和分析,研究了线圈位置和半径对耦合系数的影响,得出了耦合系数、传输距离和有无频率跟踪对传输效率的影响曲线。研制了小功率WPT装置,在传输距离为8 cm左右时,获得最大传输功率为98,效率为84%。实验结果证明了理论分析的正确性。     

基于SCC结构的双边LCC汽车无线输电系统

电动汽车锂电池无线充电需要采用电磁感应耦合电能传输(ICPT)方式和恒流恒压充电模式.在电磁机构耦合系数波动或负载变化时,常规电路存在输出能力下降和输出电压、输出电流不稳定问题.基于双边LCC谐振网络,给出了一种基于开关控制并联电容(SCC)的自动谐振网络,完成了理论分析、仿真计算和实验验证,在保证高效能量传输前提下,支持负载变化时恒压或恒流输出,提高了电动汽车无线充电系统中谐振网络的灵活性与系统输出的稳定性.     

一种抗宽范围耦合系数波动的三元件补偿型感应式能量传输系统

常规LCL型感应式能量传输系统具有电压增益独立于负载的特性,在耦合系数波动小而负载范围较宽的无线能量传输场合应用较广。然而其输出特性受耦合系数影响很大,不适用于动态能量传输场合。在LCL型补偿拓扑的基础上,通过改造其输出特性,提出一种适用于动态感应式能量传输场合的改进型拓扑,以适应大范围耦合系数的变化。从平滑输出电压增益的角度出发,定量分析电压增益和输出阻抗角与耦合系数和无源元件参数的关系。通过对LCL型谐振腔增加一阶自由度,构造了三元件补偿的LCC型拓扑,实现了耦合系数大范围波动情况下输出功率近似恒定。与常规拓扑相比,该补偿拓扑对耦合系数的敏感性大大降低。最后,设计一台原理样机,传输功率在耦合系数大范围波动下保持平稳,相比常规拓扑,使得输出特性关于耦合系数的敏感性大大降低。验证了设计方法的有效性。     

多负载远距离无线电能传输系统研究

针对一类既需多级输出又能延长传输距离的无线电能传输(WPT)场合,从磁耦合谐振基本原理出发,结合多中继结构与多负载结构的优势,设计了一种新型三线圈双负载WPT系统.该系统选用LCC-Multi-S型补偿拓扑,在传统双线圈系统中加入一级特殊的接收线圈,设计了两级接收线圈结构,推导了系统双负载恒压输出条件,实现了两级负载端的相同功率输出,同时系统WPT距离得到延长.仿真和实验验证了提出的方案的可行性.     

多移相角控制的双向无线输电系统

谐振式无线输电(WPT)系统通过耦合磁场传递能量,能实现电器无尾化,可免去插拔电源造成的机械损坏和触电危险,安全便捷。双向WPT系统能实现电网与设备间的能量互联,起到削峰填谷的作用。在WPT系统中,相位控制不仅能调节功率大小,而且决定了功率流动方向。分析并验证了WPT系统中功率与多个移相角的关系。首先,建立并分析了谐振式WPT系统的电路模型,发现系统存在3个自由度,然后推导并定量分析了有功功率和无功功率与3个移相角的关系,最后提出在确保零相位角(ZPA)下的双向WPT策略。在Matlab中搭建了仿真模型并制作了实验样机,对上述分析进行了验证。     

双LCL补偿ICPT系统双谐振点特性及最大输出功率研究

针对LCL型感应耦合电能传输(inductive coupled power transfer,ICPT)系统在全谐振状态且处于轻载工作模式时,逆变器输出电流波形畸变和稳态输出功率较小问题,推导分析双LCL补偿ICPT系统双谐振点特性,并基于该特性,提出一种在轻载时将系统频率切换至次谐振点的系统工作模式。在有效避免输出电流波形畸变的同时,实现了系统在变负载条件下的最大功率输出。论文首先分析单LCL网络特性,进而在双LCL补偿ICPT系统的基础上分析得到系统的两个谐振点,并且验证次谐振点可有效消除电流波形畸变的问题;接着,通过公式推导和软件仿真得到系统输出功率以及效率与负载和频率的关系;最后,通过仿真和实验,对双LCL补偿ICPT系统双谐振点工作特性、最大输出功率进行验证。     

基于双LCC谐振的无线电能传输系统设计

无线电能传输(WPT)技术具有便捷、安全、无空间限制的优点,基于双LCC谐振补偿的感应耦合式电能传输(ICPT)系统,因其较高的功率因数、输出电流与负载无关的优点,逐渐成为电动汽车行业的研究热点。针对双LCC型ICPT系统效率优化,此处建立互感等效电路模型,根据系统谐振条件,由基波分析法推导电容参数与软开关(ZVS)实现的关系,提出优化初级电容的系统参数设计方案,实现逆变桥ZVS以提高系统效率。最后设计搭建一台基于双LCC谐振拓扑的3.3 kW样机进行实验,实验结果验证了理论分析的正确性。     

EV-BWPT无缝功率环移相控制策略研究

电动汽车双向无线电能传输系统以其便捷性、安全性和可靠性高等优势,在车网互联时代得到广泛应用。与传统的单向系统相比,双向系统需要在多个不同控制自由度中进行选取,从而影响系统传输效率。为降低系统无功功率,提高效率,提出一种双向无线电能传输系统无缝功率环移相控制策略。首先,对基于双边LCC补偿网络的双向无线电能传输系统进行了有功和无功功率传输特性分析,得出有功/无功功率与效率、内移相角及外移相角之间的关系;进而提出采用有功功率环路控制外移相角、无功下垂环路控制内移相角的无缝功率环移相控制策略,且该控制策略无需切换模式即可实现功率正反向流动;最后,通过Matlab/Simulink以及半实物实验平台,验证该控制方法的有效性。     

基于耦合系数估计的电动汽车无线电能传输最大效率跟踪

电动汽车行驶(EV)过程中可通过无线电能传输(WPT)提高续驶里程,而车辆轴荷的改变或者路面状况引起的悬架振动会改变发射线圈和接收线圈之间的耦合系数,导致WPT系统远离最大效率传输点。为了解决WPT系统效率随着耦合系数的波动而偏离极值点的问题,以串串(SS)型拓扑为研究对象推导出耦合系数实时估计方程,在此基础上提出了一种新的最大效率跟踪控制方法,利用PI控制调节接收侧直流电流,从而使得WPT系统在耦合系数变化时也可以维持最大效率状态。仿真和实验结果表明了该方法的有效性。     

双受能端无线传能系统传输能效优化方法研究

针对无线电能传输(WPT)设备在实际中对“一对多”形式日益增长的需求,此处通过构建磁耦合WPT系统等效电路模型,结合LCC拓扑恒流传输特点及双受能端异轴同侧的位置布局,在供能线圈铜耗量固定的前提下,通过设计系统的电气参数来构建供能线圈结构参数以优化传输能效,从而设计了一种两端半圆、中间矩形的跑道形结构的供能线圈,在此基础上搭建起一套采用跑道型供能线圈结构的双受能端磁耦合WPT系统。在直流输入36 V、两个20Ω负载条件下,系统输出总功率可以达到162 W,效率达到87.72%,通过实验验证了理论分析的正确性和系统设计的可行性。     

多线圈耦合WPT系统效率优化控制策略研究

针对多耦合无线电能传输(WPT)系统存在的高传导损耗现象,提出了一种基于扰动观测法的多线圈耦合WPT系统最大效率跟踪控制策略.此处首先建立了多耦合WPT系统等效电路模型,在系统谐振的情况下,分析了系统整体传输效率与源端电压有效值之比的关系;再根据系统效率模型,以系统效率最优为目标,通过比例积分(PI)闭环实现副端恒功率控制,采用扰动观测法配合移相控制实现源端等效阻抗匹配,最后搭建了基于碳化硅器件的WPT样机模型,实验证明所提方法在不需要源、副端通信的情况下,可以实现多耦合W盯系统的最大效率跟踪控制.     

采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统

为实现感应耦合电能传输(ICPT)系统在负载及气隙变化时的输出电压和工作频率恒定,提出了一种采用CCL/LCC复合谐振网络的电流型ICPT系统。首先,在基波条件下,依据变压器漏感模型建立系统等效电路,得到了输出电压增益与输入阻抗的表达式;然后,通过系统参数优化设计,推导出了动态负载下系统恒压供电和谐振工作频率稳定的条件。另外,当气隙变化时,利用动态调谐技术重新补偿耦合电感,可使得输出电压和工作频率在气隙变化前后保持不变。系统特性分析表明,所提出的CCL/LCC复合谐振网络电流型ICPT系统,在负载和气隙变化时可以保证输出电压和工作频率稳定。最后,实验验证了理论分析的正确性和有效性。     

基于线圈偏移的无线电能传输系统参数优化方法

磁耦合谐振无线电能传输系统在实际设计过程中,系统线圈的相对位置是系统传输性能主要影响因素之一,针对传统电能传输系统中线圈发生偏移时造成的效率亏损问题进行研究,提出一种基于萤火虫算法的参数设计方法,实现线圈在非同轴放置时的效率优化;首先对不同位置下的线圈互感系数进行分析,然后引入双边LCC拓扑结构对其传输性能进行分析,根据分析结果采用萤火虫算法进行参数优化,最后通过有限元仿真及实验平台验证方法的有效性,结果显示在偏移距离小于线圈半径时系统的传输效率可保持85%以上,与传统的SS拓扑结构下WPT系统进行比较,优化后的系统传输效率平均提升20%,负载的接收功率保持在20 W左右。     

LCL-S型WPT系统谐振补偿参数优化设计

无线电能传输(WPT)系统具有高阶、非线性及强耦合的特点,建立与实际系统相近的模型结构对设计高性能WPT系统具有重要意义。此处以LCL-S补偿结构的WPT系统为研究对象,根据次级电路工作特点建立整流器负载等效阻抗模型,基于等效阻抗模型对谐振补偿参数设计进行优化。仿真与实验结果表明,所建立的等效阻抗模型精准度较高,采用优化后的谐振补偿参数系统输出功率提升显著。     

基于双模式的双负载MRC-WPT系统

提出了一种新型双负载磁耦合谐振(MRC)-无线电能传输(WPT)系统。该系统通过改变全桥逆变器两个桥臂的驱动方式和发射器与接收器的谐振频率,实现了定向功率传输模式和功率分配模式两种工作模式的切换和控制,且其电路结构简单、易于调试。对该系统两个功能实现的可能性进行理论分析,最后搭建了实验平台,实验结果表明该系统可实现定向功率传输和功率分配的功能。