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“88Q”线圈的三维抗偏移WPT系统

针对谐振式无线电能传输(WPT)系统在传输距离和负载变化时引起输出电压不稳定的问题,提出一种“88Q”线圈耦合装置,结合LCC/S与S/LCC型负载无关恒压谐振拓扑可实现平面线圈的三维抗偏移恒压输出。给出了“88Q”线圈的空间位置和特征参数,分析线圈激发磁场的分布特性、线圈水平偏移和改变传输距离情况下线圈互感变化趋势。最后,搭建系统实验平台。实验结果表明,系统负载变化或耦合装置发生偏移时,均可实现恒压输出。     

不对称补偿MCR-WPT系统的传输特性研究

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统宽负载范围下恒流输出的问题,进行了不对称谐振补偿结构传输特性及其参数设计方法的研究。分析了谐振补偿元件的工作条件,基于T型等效电路和叠加原理推导了补偿结构电流和电压表达式,该补偿结构输入功率因数为1、输出特性近似恒流源特性;进行了不对称WPT设计方法研究,通过设计初级谐振补偿电容提高了系统最大输出功率,降低了次级整流器件的电流应力。最后进行了仿真和实验设计,验证了系统在工作频率为85 k Hz、负载范围为20~200Ω时的恒流输出特性。结果表明,采用的参数设计方法简单有效,能降低系统设计难度;设计的不对称谐振补偿结构提高了系统的稳定性,为软开关提供了有利条件。     

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。     

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。     

基于高偏移阈值的补偿感应耦合电能系统传输特性分析

在传统感应耦合电能传输(inductively coupled power transfer,ICPT)系统拓扑中,系统谐振频率的漂移会引起耦合效率的下降。针对该问题,本文提出一种新型的基于PSS(原边采用并联串联补偿,副边采用串联补偿)补偿的ICPT系统拓扑。对其电路模型进行了分析和建模,得出不同品质因数下,补偿系统的电压、电流增益、传输效率的特性曲线,该补偿拓扑具有较高的补偿因数;分析了系统中补偿系数对谐振元件电压电流的应力影响,选取合适的补偿系数以降低系统的设计成本。最后,设计了1台基于PSS补偿拓扑的ICPT系统样机,实验验证了对PSS补偿拓扑的特性分析。     

3种谐振式无线电能传输系统的电路法模型及其特性

针对无线电能传输(wireless power transfer,WPT)系统处于不同负载、耦合系数和频率的运行状况进行分析,基于T型等效电路和二端口网络,得到了SS、LCL和LCC3种谐振网络的传递函数模型。将3种谐振网络的传输特性进行分析,实验结果表明3种谐振网络均为恒流输出,其中LCC网络具有随负载和耦合系数变化呈单调增的关系,有效地解决SS和LCL网络中存在传输功率过小等问题,并抑制系统处于偏谐振或低耦合状态下出现功率过载的情况。最后搭建了一台基于移相全桥(phase shift full bridge, PSFB)控制的LCC型WPT实验样机,能适应宽负载变化范围,当逆变器处于不同的移相角下均能保持零相角(zero phase angle, ZPA)的条件,使得系统具有较高的传输效率。     

LCC谐振变换器宽输出电压范围参数设计

LCC谐振变换器拓扑适用于航空航天高压大功率场合,而LCC谐振变换器输出电压在宽范围变化,使得谐振网络参数设计困难。在此,使用基波有效值分析法得到谐振变换器的交流等效电路,并提出谐振变换器宽输出条件下的参数优化设计方法,实现LCC谐振变换器在全负载范围内实现功率管的零电压开通和二极管的零电流关断。最后,设计一台输出电压范围在400～800 V变化样机,采用变频控制策略验证了所提宽输出范围谐振网络参数设计方法的正确性。     

磁耦合谐振式无线充电系统双边LCC补偿网络参数设计方法研究

作为连接线圈与激励源和负载的桥梁,补偿网络是磁耦合谐振式无线充电系统中非常重要的环节。本文提出一种基于双边LCC谐振补偿网路的参数设计方法,首先对双边LCC谐振拓扑进行理论分析,推导得出输出电流和等效阻抗的表达式;其次深入分析高次谐波对谐振条件的影响,得出谐振条件;然后将电容耐压与系统等效阻抗设定在一定范围内,并通过仿真逐步确定谐振拓扑补偿电容参数的范围;最后实现电动汽车无线充电系统谐振补偿网络参数的优化。     

电动汽车无线充电系统实现软开关的参数优化设计方法

通过补偿元件的参数优化设计,实现电动汽车无线充电系统中逆变器零电压开通,有效提高了系统效率。分析双LCC补偿拓扑中各补偿元件参数调整对系统输入阻抗角和输出电流的影响,给补偿元件的参数优化设计提供依据。在不同输出电压和耦合系数的条件下,分析优化元件参数与软开关实现条件之间的定量关系,并据此进行具体参数设计。3.3kW无线充电系统样机验证了参数优化设计方案的有效性。实验结果表明,优化系统始终能够实现软开关,额定功率下效率达95.2%,输出电压和耦合系数均降低一半时,效率仍高于93%。     

元件参数漂移对ICPT系统的影响及解决方案

针对补偿元件参数漂移降低系统传输功率和传输效率及频率分裂导致频率跟踪容易陷入局部最优的问题,以LCC/S三阶补偿拓扑结构感应式非接触耦合电能传输(ICPT)系统为研究对象,这里提出一种通过参数化扫描截取最优工作频段以进行频率跟踪的方法。首先通过理论推导计算出输出电压与频率的关系曲线,基于补偿元件参数漂移对输出电压与频率的关系曲线的影响进行参数化扫描,然后截取出最优工作频段并利用简化的登山法自适应跟踪最优谐振频率点。最后,通过仿真和实验证明了理论分析方法的正确性。     

基于LCC的磁谐振无线电能传输发射端补偿技术

为实现磁耦合谐振式无线电能传输系统最大化功率传输,提升整机效率,提出了一种基于LCC三阶补偿网络结构的保持发射端线圈电流恒定的方法,此方法不受接收端反射阻抗影响,实现了电磁感应式无线电能传输(ICPT)系统发射端与接收端解耦设计。同时,提出了LCC补偿网络的数学模型及其参数设计方法。在不增加元件的情况下,采用LCC网络的输入基波电流补偿LCC网络的输入高次谐波电流的方法,在功率管关断瞬间,降低通过功率管的电流瞬时值,实现了高频逆变器的零电流关断,减小了功率管的开关损耗和开关应力,提高了ICPT系统的整体效率。最后,对所提方法进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果验证了所提模型和参数设计方法的正确性和可行性。     

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...     

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.     

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。     

CCVM-DCVM边界模式定频LCC谐振变换器设计

定频LCC谐振变换器具有传统变频LCC谐振变换器软开关工作、EMI干扰小等优点,显著降低了磁性元件与EMI滤波器的设计难度。但定频LCC谐振变换器存在软开关条件丢失、谐振元件与开关元件电压电流应力大等问题。此外,对于定频LCC谐振变换器,目前还缺乏较好的参数设计方法。针对以上问题,通过定频LCC谐振变换器的功率分析,提出了一种工作于CCVM-DCVM边界模式的定频LCC谐振变换器参数设计方法。该方法在保证变换器软开关工作条件的同时,有效降低了定频LCC谐振变换器中谐振元件与开关元件的电压电流应力。分析了定频LCC谐振变换器工作模态,采用基波近似法建立了LCC谐振变换器等效电路模型,得到了LCC谐振变换器的软开关实现条件。在此基础上,通过变换器的功率分析,得到了变换器元件参数与谐振元件功率的关系,给出了工作于CCVM-DCVM边界模式的定频LCC谐振变换器参数设计过程。最后,通过仿真与实验验证了理论分析与参数设计方案的有效性。     

三相LCC并网逆变器的参数设计方法与控制策略

LCC滤波电路与其他滤波电路相比,能够同相位放大输入电压在特定频率的分量,衰减其他频率的谐波分量,在负载变化的情况下能自动调节输出电压。根据LCC滤波器的频率响应函数设计其元件参数,针对LCC并网逆变器的拓扑结构进行分析,建立等效数学模型,并设计比例-谐振(PR)功率控制器。仿真和实验结果表明,并网电流能够有效跟随给定,相位与电网电动势一致,系统同时具有良好的动态性能,证明所提理论分析与控制策略的正确性与可行性。     

新型恒定一次侧电流无接触电能传输系统的建模与优化

提出一种新型无接触式感应耦合电能传输系统(inductively coupled power transfer,ICPT),系统一次侧线圈与电感/电容/电容所组成的谐振槽谐振、二次侧线圈与补偿电容并联谐振。利用互感理论,分别建立相互分离的原边等效电路模型和负载等效电路模型,采用正弦交流分析法对其等效电路模型进行分析,获得谐振槽电容及电感元件的参数计算公式,导出系统向负载传输功率及输出电压的计算表达式,并对谐振槽元件参数进行优化设计, 以便减小装置体积, 降低成本。额定频率下系统一次侧线圈电流保持恒定而与负载大小无关,保证电能由电源向负载的稳定传输。同时谐振槽输入电流随负载的减小而减小,提高系统的部分负载能效值。PSpice仿真实验验证该系统的上述优点。     

电流型IPT系统新型输出恒压控制方法研究

针对电流型感应电能传输(IPT)系统负载变化时输出电压的稳定性问题,提出一种基于恒定跨阻增益特性的原边控制方法。以电流型IPT系统采用初次级并联(PP)补偿为研究对象,建立其互感等效电路并进行分析,推导出在特定工作条件下该拓扑具有恒定跨阻增益特性。并进一步分析了PP补偿谐振网络的效率特性,优化谐振网络参数使系统恒定跨阻增益频率为效率最优频率。为保持原边输入直流母线电流恒定,在传统电流型感应电能传输拓扑中加入恒流控制系统,并阐述了恒流控制原理。本文还提出了基于新型控制方法在给定条件下的IPT系统综合设计方法。最后,设计一台80W样机,实验结果与理论分析良好吻合,验证了论文所提控制方法的正确性。