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.     

感应耦合能量传输系统中双边LCC谐振腔恒流和恒压模式的研究

感应耦合能量传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统中补偿网络能够改善系统特性,目前针对谐振补偿网络的输出电流和电压特性没有一种简单易行的分析模型。首先分析了LC电路、??型电路和T型电路实现与负载无关的恒流或恒压输出的谐振条件,并针对高阶无源谐振网络提出一种建模方法,通过将谐振网络等效成2阶LC网络和多级3阶???型电路或多级3阶T型电路的串联,研究其恒流或恒压输出的物理机理。ICPT系统中双边LCC谐振腔实质上是一个9阶谐振网络,基于所提建模方法,分析双边LCC谐振腔输出电流和电压特性。此外,提出仅切换一次系统工作频率便可以实现系统先恒流再恒压输出的方法,且恒流和恒压模式下系统工作频率均满足SAEJ2954标准要求,分别能实现谐振腔输入电压、电流之间的零相角和原边逆变器MOSFETs的零电压开通。搭建3.3kW电动汽车感应耦合能量传输系统的Matlab仿真平台和实验样机,验证理论分析的正确性和可行性。恒流和恒压模式下实验样机谐振腔的效率分别为92.1%和89.7%。     

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。     

浮标ICPT系统双LCC-S混合补偿方法研究

为了保证浮标感应耦合电能传输(ICPT)系统在负载变化时仍然能够稳定工作,基于LCC拓扑电路,建立双LCC-S补偿型浮标ICPT系统模型,并提出一种实现水上初级线圈电流幅值恒定,负载端电压稳定输出的方法.首先分析了水下拾取端串联补偿的恒压特性,然后根据反射阻抗的特点,分析了系泊钢缆回路LCC拓扑、水上初级回路LCC拓扑的恒流特性.推导出了浮标ICPT系统各个回路补偿拓扑参数配置的约束条件,并据此设计了合理的ICPT系统参数来搭建样机进行实验,以验证理论分析的正确性.实验表明,系统在20 V电源时,水上发射线圈电流与接收端电压在负载变化时仍然能够保持稳定.     

感应耦合电能传输系统动态解谐传输功率控制

提出一种感应耦合电能传输(ICPT)系统的动态解谐传输功率控制方法.对相控电抗器进行动态切换,通过改变其导通延迟角来改变导通电流大小,使得ICPT系统的电能拾取侧谐振或解谐,在负载端获得稳定的输出电压,同时实现对传输功率的控制.导出了动态切换的相控电抗器的等效电感,分析了等效电感对输出电压及传输功率的控制作用.根据负载稳定时输出电压与导通延迟角之间的变化曲线获得了保持输出电压恒定的控制方法.相控可变电抗器实现了软开关动态切换,有效地降低了系统的功率损耗.利用该动态谐振/解谐控制方法,系统的最大功率传输性能得到了保证.计算机仿真结果验证了该方法的优良传输功率控制性能.     

动态负载ICPT系统稳频稳压特性研究

为保证感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统在动态负载工作模式下频率和输出电压的稳定性,提出一种通过对ICPT系统谐振耦合拓扑机构优化选型,并对系统参数进行优化设计,从而实现系统稳频稳压(stable frequency stable voltage,SFSV)输出的新方法。通过对系统谐振网络等效电路进行分析,给出动态负载工作模式下ICPT系统谐振耦合机构优化选型依据,并给出系统谐振耦合环节参数优化设计步骤和方法。最后,通过实验验证理论分析的正确性。     

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。     

基于变结构模式的宽负载恒压感应耦合电能传输系统

为解决感应耦合电能传输(ICPT)系统受扰动和负载电阻变化较大情况下电压不稳定问题,研究了两种类型拓扑结构的能效关系,分析了并联—串联(PS)和串联—串联(SS)型拓扑结构的输出电压、输出功率、输出效率和频率稳定性以及负载适应能力。基于变结构模式给出了对于不同类型负载,应用不同拓扑结构的方案。对切换条件进行了详细分析,给出了保证切换安全有效的方案。为了验证变结构模式的有效性,采用两种差距极大的负载,分别在电压型和电流型ICPT系统下测量其输出电压。实验结果表明,变补偿结构模式适用于ICPT系统的宽负载恒压控制。     

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。     

ICPT系统原边恒压控制及参数遗传优化

针对感应电能传输系统原边串联–副边并联的拓扑结构,发现利用传统原边电流恒定的控制方式在负载变化时不易实现输出稳压,因此提出一种简单的基于原边电压恒定来实现输出稳压的方法,研究了其适用的约束条件。针对ICPT系统多参数多约束的特点,引入遗传算法对系统的参数进行优化设计,利用动态函数改进适应度函数定标及变异算子提高算法性能。仿真和实验结果表明:输出电压在大范围负载切换中具有良好的稳定性,原边电流能够根据负载需求自适应变化;系统实现了低成本、低开关损耗设计,且参数均达到设计要求。证明了原边恒压控制及参数遗传优化的有效性。     

基于LCL-S型ICPT系统的恒流输出分析与控制

针对电动汽车无线充电的需求,提出了一种兼顾调控效果与传输效率的恒流控制方法。针对LCL-S型的磁耦合谐振无线电能传输系统建立模型,对其进行工作特性分析,进而根据副边电流输出特性及传输效率特性曲线确定了系统高效运行的频率区间,将此区间作为系统恒流工作的调频区。并对比各种功率控制方式的优缺点,进而提出了变频控制与移相调压相结合的恒流控制策略。实验设计了PI闭环控制程序,验证了负载变化时的恒流控制效果。实验表明该控制策略基本实现了无静差、无超调的快速响应控制。     

单管逆变ICPT系统两种补偿网络的对比研究

针对无尾果蔬机在使用过程中电机负载不断剧烈变化容易造成单管感应耦合电能传输ICPT(inductively coupled power transfer)系统中开关管和副边整流管损坏等问题,系统研究了单管逆变ICPT系统拓扑及其并联-并联PP(parallel-parallel)和并联-串联PS(parallel-series)补偿网络电路特性。通过建立数学模型,分别分析了PP和PS补偿网络各个参数间的关系,给出了其对应的电压增益和输出电压特性曲线;并用电路仿真软件分别对PP、PS系统在负载动态切换时的开关管耐压与输出电压波形进行了仿真。分别搭建了PP和PS补偿下额定输出功率为1 kW的单管逆变ICPT系统样机,对理论分析和仿真结果进行了实验验证。     

电流型松散耦合电能传输系统的建模分析

在介绍了松散耦合电能传输(ICPT)系统的基本概念和结构的基础上,对其特性进行了一些讨论,利用互感模型提出了一种对电流型ICPT系统建模的方法.由等效电路图,经过合理的近似和等效变换,对该系统进行了建模分析,并基于Steinmetz方程,对变压器的损耗进行了一些探讨,该模型可以用来较为精确地估算系统容量、输出电压、谐振频率等.最后通过实验进行了验证.     

基于导抗变换器的ICPT恒流源补偿网络设计

针对感应耦合电能传输系统负载切换时输出电流不稳定问题,提出一种用于恒压输入、恒流输出的二次侧补偿网络。该补偿网络将松耦合变压器及补偿元件等效为导抗变换器,不仅可以实现输出电流与负载无关,而且可以保证系统处于完全谐振状态。依据互感模型,利用二端口理论建立了系统的阻抗模型,推导了输出电流与输入电压关系,给出了整个系统实现输出恒流以及单位功率因数输入的参数配置方法,并分析了主要参数对系统性能的影响。另外,对系统参数进行了优化设计,以便减小装置体积,降低成本。仿真与实验结果证明了理论分析的正确性。     

电动汽车充电系统的负载识别技术研究

为解决采用感应耦合电能传输(ICPT)技术的电动汽车无线充电系统中由于负载未知从而导致无法实现负载与功率相匹配的问题,提出一种基于S-LCL补偿拓扑的ICPT系统的负载识别方法,通过原边补偿电容两端电压与负载之间的关系确定负载的大小,同时该系统还能够在不加入任何控制的条件下实现负载的恒压输出,解决了传统方法造成的算法复杂、系统体积过大等问题。实验证明了基于S-LCL补偿拓扑的ICPT系统负载识别方法的有效性和实用性。     

基波-谐波双通路并行感应耦合电能传输系统

为解决现有感应耦合电能传输(ICPT)系统主要利用逆变器输出方波中的基波分量进行电能传输所带来的输出调压范围不够宽、调压精度及系统效率不够高等问题,基于谐波的高频特性与能量特性,提出一种基波—谐波双通路并行ICPT系统,通过在逆变器输出之后建立基波能量通路与谐波能量通路,对逆变方波中的基波及谐波分量进行提取、利用,以拓宽系统的调压范围,同时提高了系统效率。首先,阐述了基波—谐波双通路并行ICPT系统的工作机理;接着,分析了系统关键参数对系统效率与选频特性的影响;然后,结合该系统基本思想,提出一种宽范围调压方法;最后,通过实验验证了基波—谐波双通路并行ICPT系统原理的正确性与调压方法的可行性。     

电动汽车动力锂电池LCL型无线充电技术

为了满足电动汽车动力锂电池的充电需求,文中提出基于MERS(Magnetic Energy Recovery Switch,磁能再生开关)的LCL谐振型无线电能传输系统。该系统仅通过改变副边MERS的导通角,即可实现三种工作模式:恒流输出模式、恒压输出模式和最大功率输出模式。文中提出了系统模型,分析了LCL谐振型ICPT系统满足恒压、恒流、最大功率输出三种工作状态的条件;研究并建立了MERS的数学模型;搭建了Simulink仿真模型,仿真结果表明,本系统仅通过控制副边MERS的导通角α一个参数,可以实现电动汽车动力锂电池“先恒流后恒压”的充电需求,也可以实现当系统互感系数变化时系统维持在最佳工作点,而无需改变其他系统网络参数。该方案对改进电动汽车无线充电系统有一定的参考价值。     

基波—谐波双通路并行感应式能量与信号同步传输技术

为解决现有感应耦合电能传输(ICPT)系统的能量与信号同步传输时存在的输出电压波动大以及系统稳定性差等问题,提出一种新型基波—谐波双通道并行感应式能量与信号同步传输技术,通过改变基波能量通路和谐波能量通路功率分配,在不影响系统谐振的前提下,实现了在较高系统效率下的能量与信号同步传输,同时还具备在信号传输过程中的系统输出电压与负载无关的稳定无波动特性,为该项技术的发展提供了新思路。最后,通过实验验证了理论正确性与技术可行性。