用于电动汽车的多导轨并联动态无线供电技术

为解决电动汽车动态无线供电系统中由于初级分段导轨线圈切换供电时存在电磁耦合机构互感急剧下降的问题,提出一种多导轨并联初级发射线圈结构。首先介绍了电动汽车动态无线供电系统及多导轨并联初级发射线圈的工作方式,其次利用互感耦合模型对整个电磁耦合机构进行电路拓扑分析,接着通过对多导轨并联初级发射线圈的结构参数进行仿真分析,得到多导轨并联初级发射线圈结构可以实现相邻分段导轨平滑切换,最后搭建系统实验平台验证了多导轨并联初级发射线圈的有效性与可行性。     

基于双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统研究

为了简化磁耦合谐振式无线充电系统电路设计和控制的复杂性,提出一种双LCL变补偿参数的磁耦合谐振式无线充电系统,只需对部分补偿元件进行投切操作,即可实现恒流和恒压充电。首先利用二端口网络对系统原边、副边建模得到双LCL数学模型,分析实现恒流或恒压输出的参数配置条件;然后根据恒流和恒压参数配置特点,设计变补偿参数的电路结构;再根据仿真方法得出的关键参数与系统传输特性之间的关系,合理设计参数配置,使得磁耦合谐振式无线充电系统无复杂电路环节而且控制简单,还可实现原边电流和频率恒定;最后搭建实验平台,验证设计的系统输出的电压或电流波动较小,可以满足恒压和恒流充电的要求。     

电动汽车动态无线充电多接收线圈耦合功率波动性的研究

本文作者以电动汽车动态无线充电系统为研究对象,对功率的波动现象作了深入的研究。首先根据电路理论建立并分析电动汽车动态无线充电系统的不同数学模型,进而探究利用多接收线圈减小功率的波动。其次对多接收线圈动态耦合模型进行有限元仿真,探究动态无线充电过程中的耦合系数以及相关电参数的变化规律。最后根据仿真分析结果搭建电动汽车动态无线充电系统试验平台,分析该模型在动态无线充电过程中的传输功率波动情况。     

互感平滑过渡的动态无线充电系统三角对接磁路机构设计

为实现分段动态无线充电系统在磁路切换过程中的互感平滑过渡，提出一种用于分段导轨线圈动态无线充电系统平滑过渡的三角对接磁路机构。该系统的主要特点在于每个原边分段导轨在切换区采用三角形对接模式过渡，同时在切换对接区增加绕线匝数。首先定义该磁路机构的参数，并建立互感耦合模型，其中最重要的2个参数是对接角度θ和切换区与运行区线圈匝数比ζ。其次，通过仿真建模，分析并对比新型磁路机构在不同参数下的互感耦合特性。然后，提出一种磁路参数的优化方法，根据该方法求出互感平滑性最优时θ和ζ分别为70.65°和1。最后，使用上述参数进行实验验证，结果表明互感值的波动范围为±4.14%,且实验值与理论值的误差为2.05%,成功地实现了互感平滑过渡。     

移动式感应电能传输系统分段供电控制策略研究

轨道原边线圈分段供电技术可解决轨道交通车辆非接触感应方式供电存在的供电距离远、漏磁严重、线路损耗大、系统效率低等问题,但是,车载副边通过原边分段时,系统输出电压波动严重。该文首先分析车轨耦合感应供电系统轨道原边和车载副边的耦合特性,揭示车轨耦合原边和副边互感变化规律;建立轨道原边分段供电系统等效电路模型,推导出副边模块通过轨道原边段间隔期间,相邻两个原边段同时供电时逆变器输出阻抗解析式及副边输出电压波动规律。为降低车载副边模块输出电压波动,同时使系统保持谐振状态、提高系统效率,提出一种基于副边模块位置的电流补偿和变频调节控制策略,在轨道交通车辆移动感应供电工程样机中验证上述策略的有效性。     

电动汽车动态无线充电系统导轨切换时的脉冲同步控制策略

采用分段导轨控制的电动汽车动态无线充电系统在导轨切换时,会出现系统的输出功率和系统效率骤降,甚至远低于期望值,不能满足系统输出功率要求。文中通过对电动汽车导轨切换过程的暂态分析,计算导轨切换时相邻导轨线圈所在逆变电路的时钟脉冲信号同频同相和同频不同相时,输出功率的变化,得出结论:相邻导轨线圈所在逆变电路的时钟信号相位差是造成导轨切换过程中输出功率和效率骤降的原因。提出了一种电动汽车动态无线充电系统导轨切换时的脉冲同步控制策略,有效地改善了电动汽车动态无线充电系统在导轨切换时输出功率和系统效率骤降以致不能使系统正常运行的情况。最后,通过仿真和实验验证了时钟脉冲信号同步的重要性和该控制策略的有效性。     

电动汽车无线充电新型DD耦合机构设计与优化

基于磁耦合谐振式无线能量传输技术,文中设计一种新型DD线圈结构用于电磁耦合谐振式无线充电系统。通过分析无线充电耦合机构数学模型,确定传输效率与频率、互感、等效负载以及原副边绕组的电阻之间的关系。通过搭建不同的磁耦合线圈结构的ANSYS仿真模型,比较磁耦合线圈结构的改变对线圈参数的影响,确立优化方向。最后搭建系统实验平台对磁耦合机构的优化方案进行验证。在线圈偏移量和输入功率变化的情况下,磁耦合机构效率能够保持在95%左右,实验结果与仿真分析结果一致。     

电动汽车动态无线供电系统发射单元切换模式分析

在动态无线供电系统中,多发射线圈交替工作是提高电动汽车动态无线充电系统效率的有效途径。该文首先推导动态耦合过程的互感表达式,得到互感随位移而变化,进而影响传输功率的结论。其次,为提高输电系统的稳定性,减小由于发射端切换而导致的传输功率降低,对最小动态耦合单元的工作全周期进行分析,并通过有限元仿真软件设计了三组仿真进行对比,证明了双线圈同时供电方案相比轮流交替供电在提高互感和接收功率方面的有效性,并且提出了在0.1～0.3m这一最佳区间内实行双线圈同时供电,而在最佳区间范围之外实行单线圈供电的供电模式。最后,基于所提出的供电方案搭建实验平台进行了测试。结果表明,在最佳区间内实现第一、二发射线圈同时供电可以显著提高无线电力系统的稳定性,减小接收功率的降低。     

两线圈串联电动汽车动态无线充电系统研究

从经济和空间角度考虑,电动汽车EV（electric vehicle）同时装设匹配静态和动态无线充电方式的接收单元是不理想的。为此,参考EV静态无线充电标准,设计了两发射线圈同向串联EV动态无线充电系统,使其接收单元能同时满足动态和静态无线充电需求。首先,分析了收发线圈的水平偏移特性和互感电路模型,并根据分析结果确定了单发射线圈组切换以及两发射线圈串联的方式,根据两发射线圈串联的三维磁通图确定了两个发射子线圈的通电方向为同向通电;然后,对单发射线圈组切换系统以及两发射线圈串联系统进行了有限元仿真,验证了两个发射线圈串联的互补作用以及同向通电方式的优越性;最后,参考EV静态无线充电标准搭建了实验平台,并完成了静态和动态的无线充电实验。     

基于ICPT技术电动汽车无线充电系统的互感分析

为了满足基于磁感应耦合电能传输(ICPT)技术的电动汽车无线充电系统高效率、低损耗的设计要求,仿真分析了松耦合变压器中磁芯属性、磁芯厚度、线圈匝数、线圈外径与互感的关系。在不降低系统互感的前提下,提出了节省磁芯体积、减少线圈损耗的方法。此外,为了得到更适用于电动汽车无线充电的松耦合变压器模型,利用ANSYS、MATLAB进行了仿真,得出了传输效率高、磁屏蔽效果好、轴偏离对互感影响小的结构模型。     

电动汽车无线充电系统中弯道互感优化研究

针对采用感应耦合电能传输技术的电动汽车无线充电过程中,汽车内部的能量拾取线圈在转弯过程中互感下降问题,提出使用内嵌入圆形线圈进行补偿,并通过遗传算法、理论推导和仿真验证,得到了补偿线圈最优化匝数和统一规格参数。通过搭建COMSOL Multiphysics平台、MATLAB/Simulink平台结合的仿真平台和实物实验平台,实验数据证实：在转弯时采用内嵌圆形线圈进行补偿,优化补偿后互感波动保持在±0.4%左右,由于互感波动的平稳,使得电动汽车能量拾取系统电压优化补偿后波动为3.6%。     

双发射单元无线电能传输系统抗偏移特性研究

双发射单元无线电能传输(WPT)系统采用两个发射单元对系统进行供电,能够有效提升系统的抗偏移特性.首先对双发射单元的系统建立数学模型,从理论上分析了功率波动的影响因素.针对接收线圈横向偏移过程中互感变化影响因素进行了仿真分析,给出了一种耦合机构的设计方法,通过对发射线圈及接收线圈匝数进行优化选择,从而保证系统具有平稳的输出功率和较高的效率.最后搭建了一个双发射单元磁耦合WPT系统进行了实验验证,实验结果表明接收端在正负5 cm的偏移范围内系统输出功率仅变化2 W,系统效率保持在80％以上.     

基于复合拓扑的无线电能传输系统优化策略

在无线电能传输过程中,受初级发射线圈及次级接收线圈之间相对位置以及电池内阻在充电过程中随时间变化的影响,线圈之间耦合情况以及系统负载大小在电能传输过程中动态变化,导致系统偏离最优效率工作点而引起传输效率下降。针对该问题,提出基于LCL-S型拓扑的无线电能传输系统效率优化策略。首先根据电路原理对系统进行理论分析,其次,根据谐振拓扑次级输出电压和初级输入电压有效值之比与负载解耦的特点,提出线圈互感大小估算方法,并通过对负载侧Buck-Boost电路控制信号施加扰动,寻找最优效率工作点,实现系统在电池恒流-恒压充电模式下效率优化。最后基于半实物仿真平台实验验证了该方法的有效性和可行性。     

基于超材料的高效率多源无线充电系统的研究

对于多发射源无线充电系统来说,发射线圈与接收线圈间的错位会导致互感急剧下降,使得传输效率降低.为提升多源无线充电系统的效率,首先,分析多发射线圈间相对位置与传输功率的关系,找出取得最大功率输出的条件;然后,设计出一种新型宽边耦合正方形螺旋结构的电磁超材料,增强收/发线圈间消逝波强度,在不改变传输系统本身的情况下有效提升传输效率;最后,搭建双源磁谐振式无线电能传输系统实物平台进行验证.实验结果表明:相比于单源系统,双源系统传输效率提高约15％;当收/发端线圈夹角为40°时,双源系统传输效率达到最高,为41.4％;添加超材料可使系统传输效率有效提高约20％,添加三块超材料可提高约36％.     

自动导引车无线充电系统中发射线圈优化设计

为解决无线充电系统中线圈间耦合系数小、充电效率低的问题,提出一种在不同传输距离下发射线圈和接收线圈半径匹配的优化设计方法。首先建立了该无线充电系统的等效电路,推导出传输效率与互感和线圈内阻的关系;其次对平面环形线圈进行等效建模,得到了两共轴平行圆线圈间的互感公式;然后在特定接收线圈下,利用线圈间互感公式和有限元仿真得到了平均半径比与传输距离的关系,并在自动导引车的充电距离下,优化设计了发射线圈的内外半径;最后对优化前后发射线圈进行了对比实验。实验结果表明,优化后发射线圈可以明显提升系统的传输效率,从而验证了所提设计方法的正确性。     

基于阻抗检测的多路自动调谐式无线充电金属检测系统

针对大功率磁感应式无线充电系统所产生的高频高强度电磁场能快速加热置于其中的金属异物以致发生危险的情况,提出一种金属检测系统,能快速准确地检测金属异物有无且不受功率磁场的干扰。首先,通过分析金属异物对线圈阻抗特性的影响,提出一种基于检测线圈阻抗变化的金属检测方法。提出并联谐振电路,将检测线圈阻抗变化放大映射到谐振电路输出电压变化,并通过理论计算获得检测电路的最优激励频率。接着,提出与无线充电线圈磁解耦的双极性检测线圈,能消除功率磁场的磁耦合干扰,同时其阻抗能较好反映金属介入情况。然后,提出多路自动调谐的控制方法,提高检测准确性和反应速度。最后,通过实验验证系统功能,结果表明该系统可检测到金属硬币的介入。     

动态无线电能传输系统多接收线圈正反串联结构的互感计算与优化

在磁耦合谐振式动态无线电能传输系统中,发射线圈与接收线圈之间的相对水平偏移距离将达到发射线圈边长的一半,此时线圈间互感波动非常剧烈,导致系统无法正常工作.为此该文提出了一种多接收线圈正反串联结构来减小互感波动率.首先,提出了一种矩形线圈互感计算方法,运用提出的互感计算方法,分析了该线圈结构的互感特性;其次,给出了一种互感优化方法,运用提出的优化方法,得到了满足设计要求的各线圈参数;最后,根据得到的线圈参数,研制了一套基于多接收线圈正反串联结构的无线电能传输系统,通过仿真和实验验证了所提结构与方法的正确性.结果显示,运用提出的结构,其线圈间的偏移距离在发射线圈边长一半范围内变化时,线圈间最大互感波动率仅为3.81％.     

非对称磁耦合谐振无线电能传输系统效率优化

针对线圈偏置对磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的影响问题,首先,应用电路理论建立了无线电能传输系统的等效电路模型,并通过求解电路方程得到了系统传输效率的表达式;其次,根据线圈互感与空间位置的关系分析了线圈偏置对线圈互感的直接影响以及对传输效率的间接影响;得出了系统线圈偏置分为无方向性偏置与有方向性偏置两种;最后,设计了一套效率优化流程以补偿因线圈偏置而降低的传输效率。通过仿真实验验证了理论分析的正确性,为移动式无线充电系统的设计与优化提供了参考和借鉴。     

一种电动汽车动态无线充电的负载检测方法及导轨切换策略

为实现分段导轨模式的电动汽车移动无线充电过程中,系统对于负载接入的有效检测并适时在低功率待机模式与功率输出模式之间的转换,提出一种基于原副边均为LCC补偿结构的负载检测方法以及导轨功率输出控制策略。基于分段导轨模式电动汽车动态无线充电过程以及双LCC补偿结构的数学模型,得到电动汽车在一段导轨上行驶位移与原边逆变电流之间数学关系,通过检测和分析原边逆变电流判断导轨是否进行功率发射,仿真和实验验证了该方法的有效性。     

动态无线充电沙盘模拟系统设计

为研究电动汽车动态无线充电,设计了DSP控制的全数字动态无线充电沙盘模拟系统。采用非对称式的耦合结构和分段式的供电方式,利用发射线圈反馈电流和PI算法进行自适应移相调节,通过ZigBee模块进行PC机与主控电路的信息交互,实现了小汽车安全、稳定的动态无线充电,效率在80%以上。