二维平面具有抗偏移恒功率输出特性的IPT系统研究

针对IPT系统的耦合机构偏移会造成耦合系数变化,影响系统输出功率的平稳性,提出一种原边失谐 副边谐振的串串补偿拓扑与“方+田”线圈结构结合的设计方法以提升系统抗偏移恒功率输出能力。为验证所提方法的有效性,搭建1.8 kW的原理样机进行实验,结果表明IPT系统沿X轴方向偏移±220 mm、沿Y轴方向偏移±220 mm（占最大线圈尺寸55%）,输出功率波动程度在5%以内,系统效率始终高于90.0%,最高值达92.4%。     

抗偏移混合拓扑恒流无线充电系统研究

针对电动汽车无线充电系统因偏移导致充电效率降低的实际问题,提出一种新型强抗偏移的恒流无线充电系统。首先,在磁耦合设计上,引入DDQD大解耦线圈有效减缓X、Y两方向偏移耦合系数衰减,通过与DDQ线圈的对比体现所提出的DDQD线圈在抗偏移方面的优越性。然后,在补偿拓扑设计上,通过DDQD线圈将随耦合系数呈不同变化趋势的LCC拓扑和LC拓扑进行串联,使输出功率变化平缓,进一步提高了系统的抗偏移能力,并且使系统具有恒流输出特性。最后,通过仿真实验验证了该方案的有效性,在磁耦合机构发生偏移时,减缓了无线充电系统的线圈耦合系数和传输效率的下降程度,具有一定的现实意义。     

旋转式无线充电系统偏移特性研究

无线电能传输(WPT)技术因其采用非物理接触的方式传输电能,有效地解决了传统水下传能过程中漏水、漏电等问题,在水下用电设备中具有较好的应用前景.为此设计一种配有旋转式松耦合变压器(LCT)的笼状对接装置以实现水下无线传能,该装置可有效避免自动水下航行器(AUV)的径向偏移.鉴于互感为影响无线电能传输性能的重要参数,该文针对LCT的互感求解问题展开研究,运用毕奥萨伐尔定律建立该结构的互感计算模型.并以此为基础,从互感、耦合系数、输出功率、效率及副边长度等多维度参数分析轴向偏移对旋转LCT的影响,仿真结果表明,旋转式LCT的轴向抗偏移能力较强.最后,设计并开发了一套LCL_S型补偿结构的无线电能传输系统装置,实验结果验证了理论与仿真分析的正确性,具有一定的工程应用价值.     

具有强抗偏移性的电动汽车无线充电系统设计

针对无线充电系统中传输线圈容易发生偏移的特性,并为了满足蓄电池先恒流后恒压的充电要求,优化设计了一套具有强抗偏移性的电动汽车无线充电系统方案。首先,基于串串(SS)补偿网络,提出了在发射侧自动识别传输线圈之间的互感值和实时电池状态的方法。在此基础上,采用移相控制策略实现在不同充电位置下仍保持输出额定电流/电压,采用变频控制策略来实现充电模式的切换。最后,搭建了恒流输出10 A,恒压输出300 V的实验样机,实验结果表明在0～200 mm的水平偏移距离内,可以保持额定值进行先恒流后恒压输出。该系统根据两侧电气量之间的耦合关系辨识参数,无需无线通信装置,仅需在发射侧进行控制,主电路拓扑结构简单,运行稳定性高。     

基于恒流-恒压复合拓扑的感应式充电系统

感应式电能传输技术IPT(inductive power transfer)应用到电动汽车中具有许多独特的优点。由于IPT变换器输出特性复杂,与变压器参数、补偿参数、工作频率和负载均有关,而电池在整个充电过程中负载变化范围宽,故IPT变换器难以直接提供负载电池所需的充电电流或电压。针对此问题,根据4种基本的IPT补偿结构的输入和输出特性,找到可同时实现输入纯阻性和输出恒流或恒压的拓扑结构及工作条件,从而解耦负载对输出的影响,消除无功功率。但单个拓扑无法满足电池先恒流后恒压的充电特性,因此进一步提出了一类复合拓扑结构,采用最少的器件实现恒流拓扑和恒压拓扑的切换,电路简单可靠,传输效率高。     

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...     

基于变次级补偿参数的感应式无线充电系统研究

为了减少感应式无线充电系统增加的额外电路和控制成本,取消初级侧和次级侧之间的通信,该文提出仅需增加一个额外电容和一个开关器件在次级电路的方法,即可实现对电池恒流恒压切换充电。该方法无需初级和次级电路进行通信或增加DC-DC变换器,降低了整个系统的成本和复杂性。首先分析得到感应式无线充电系统的电流和电压增益,接着通过设计电路中元件参数值使得电流和电压增益与负载无关,最后合理配置电路参数,通过切换开关即可实现恒流和恒压切换输出。实验表明,所提出的方法在恒流和恒压模式下,系统的恒流充电电流和恒压充电电压略微受到电池等效负载改变的影响,但是结果仍然满足对电动自行车的充电要求。     

基于中继线圈的电动汽车静态无线充电系统抗偏移性能提升研究

横向偏移问题是无线电能传输WPT（wireless power transfer）系统在电动汽车领域的应用中面临的主要难题。为提升电动汽车静态无线充电系统抗偏移性能,提出一种基于中继线圈切换的WPT系统。首先,建立了两线圈结构与三线圈结构WPT系统数学模型。其次,研究了两线圈结构与三线圈结构WPT系统抗偏移性能,通过结合两线圈结构与三线圈结构的优势,提高系统整体抗偏移能力。最后,搭建样机进行实验验证,结果表明,在横向偏移距离为线圈尺寸50%的范围内,系统输出效率均达到85%以上。     

LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电

针对电动汽车无线充电线圈偏移造成充电电流不稳定和效率低的问题,提出基于参数优化的LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电设计方法.建立LCC和LC补偿网络的数学模型,分析二者电流输出特性,得到LCC输出电流与互感呈正相关,LC输出电流与互感呈负相关.采用DDQ线圈结构,解决初级、次级线圈同侧解耦及异侧解耦控制,实现LC...     

无线充电系统三种耦合线圈偏移特性研究

不同无线电动汽车厂家制造的发射线圈与接收线圈的偏移特性是保证国内外汽车充电、互联互通的关键性问题。对3.7 kW无线电能传输系统进行建模,针对无线充电的SS型拓扑结构进行推导,得出输出功率和传能效率表达式,又对方形-圆形线圈间互感进行偏移性研究,理论推出线圈平行时进行横向偏移对互感系数的表达式,进而得出偏移距离对传输特性的影响。建立有限元仿真模型,对比圆-方形、DD-方形、DD-圆形三种线圈在一定偏移距离内传输特性的变化,搭建实验平台验证,结果表明,圆-方形线圈间抗偏移特性最强,在一定范围内偏移对耦合系数、传能效率、输出功率三方面均与方-方形线圈传输特性接近。DD-圆形与DD-方形线圈组合在DD线圈非中轴线方向偏移时传输特性比正对时要好,传输特性均有提高,中轴方向很差。该研究为不同线圈间高效充电提供了参考。     

基于单管电路的恒流恒压无线充电系统研究

针对目前单管逆变无线电能传输(IPT)系统无法通过开关频率的切换实现由恒流输出(CCO)到恒压输出(CVO)转换的问题.该文提出一种用于单管电路(SSC)的P-CLCL补偿网络.所提P-CLCL高阶恒流恒压补偿网络可使单管电路在开关频率为fCC时输出恒流,在开关频率为fCV时输出恒压,解耦了输出与负载的关系.该文还利用互感等效模型对系统进行建模,并分析该补偿网络在恒流输出及恒压输出时需要满足的电路参数条件;利用傅里叶分解详细给出一套适用于单管电路的等效不对称输入电压源波形的分析方法;在综合考虑零电压开通(ZVS)的实现、软开关裕度、开关管耐压大小的情况下,利用"Mathcad"画图的方法给出一套一次侧补偿电容的设计流程.最后,搭建一台25.2W的P-CLCL实验样机,通过仿真和样机的开闭环实验验证了理论分析的正确性.     

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。     

双边控制的恒压无线充电系统设计

基于磁感应原理设计了用于变负载恒压充电的无线电能传输系统。首先,分析二次侧半桥整流器对充电电压的调节作用,得到占空比与充电电压的关系,采用PI控制算法实现变负载的恒压充电;其次,原边通过扰动观测法跟踪调节最小输入电流,用于提高系统效率;最后,搭建系统实验平台对该系统设计进行验证。结果表明,在传输距离为5.5 cm时,通过调节整流电路的占空比和最小输入电流跟踪算法下在负载电阻为1～10Ω时,可实现12 V的恒压充电,同时传输效率可达85%。     

带有大中继线圈的无线充电磁耦合器抗偏移特性研究

感应式电能传输技术在电动汽车实际应用中不可避免地出现原副边线圈相对位置错位,这会导致系统效率下降、线圈过流等一系列问题。针对这些问题,提出一种带大中继线圈的三线圈磁耦合器结构用于提升系统抗偏移能力。结合解析法和有限元法,分析了影响系统效率的关键因素,研究了不同补偿参数下三线圈磁耦合器传输性能以及不同偏移程度下两线圈和三线圈的互感和损耗的变化规律,并验证了含大中继线圈的三线圈磁耦合器在提升抗偏移能力方面的独特优势。在此基础上,提出基于两线圈和三线圈切换的具有强抗偏移能力的磁耦合器优化设计方法。设计并研制了线圈尺寸为400 mm×400 mm的磁耦合器样机,实验结果表明在偏移尺寸达到线圈尺寸50%、输出功率为3 kW的情况下,磁耦合器效率可达95 %,相比传统两线圈磁耦合器效率提升5 %。     

基于ECPT无线传输技术的恒压输出特性传输结构

电场耦合式无线电能传输（ECPT）技术借助金属极板在高频电场中激发出的位移电流来实现无线电能的传输。在实际运用中,部分用电设备的负载可能会发生变化,但所需的电压不会发生大的改变,对此提出一种包含T型与π型CLC结构的复合谐振简化拓扑（其中T型结构用以输出稳定高频电流,π型结构用以输出稳定电压）,并利用基波等效法对两种拓扑结构进行分析。最后,通过搭建一套可传输135 W电能的恒压ECPT系统进行仿真与试验,验证了所提出结构的特性。该ECPT结构具有电路结构简单、经济、可靠的优点。     

具有抗偏移特性的无线电能传输系统研究

针对无线电能传输系统中耦合机构易偏移导致系统输出电流变化问题,研究具有抗偏移特性的双拓扑无线电能传输系统.首先分析SS与LCC-LCC拓扑电路的输出特性,选取DDQ线圈结构实现线圈间的解耦.然后提出基于粒子群参数优化算法对补偿网络的参数进行优化使其具有更好的抗偏移特性.最后在PSIM仿真软件中搭建系统电路验证理论分析的...     

适用于分段动态无线充电的变间距抗偏移结构

在目前电动汽车分段式动态无线充电领域中,地面上铺设的发射线圈几乎都是紧密相靠的,这样不仅造成铺设无线充电道路时路面开挖面积大,而且对铜材的消耗也大。此处针对这种情况,提出一种变间距抗偏移结构。该结构的特点是接收线圈长度等于发射线圈长度与发射线圈间隔距离之和,且基于所提发射线圈切换方式下,无论发射线圈间隔距离与发射线圈长度之比如何增大,等效耦合系数几乎不随横向偏移而波动。最后搭建基于双边LCL补偿的50 W无线充电平台来验证所提方法的有效性,当发射线圈长度分别为接收线圈长度的1/4,1/2和3/4时,等效耦合系数波动分别为2.6%,0.74%和1.37%,传输效率分别为81.34%,85.48%和86.96%,在相同输出功率的情况下铜材消耗减少50%,25%和16.7%。从而验证了理论仿真的正确性和供电结构的有效性。     

基于补偿网络电流分析的恒压恒流无线充电系统

为了避免民用飞机机载设备与电源插拔过程中带来电火花的危险,并提高设备充电的便利性,本文采用无线充电方式为其进行供电。在恒压恒流无线充电系统中,补偿网络支路电流大小不仅决定功率器件成本,也与系统损耗直接相关。因此,对补偿网络电流优化,是实现高效无线电能传输的重要途径。本文首先分析了低阶网络的回路电流关系,得到了回路电流最小的条件,进一步推广到高阶网络,获得最优补偿网络电流一般性方法。其次,在分析原副边完全对称补偿网络具有实现恒压或恒流的基础上,得到一系列恒压恒流拓扑,并结合最优补偿网络电流方法对拓扑进行参数设计,同时采用原边电流检测方法进行恒压恒流切换,避免了原副边之间的通信。最后,通过仿真和实验验证电流优化方法和负载无关实现方法,结果表明,所述拓扑具有很好的恒压恒流输出特性,同时电流优化方法能大幅度减小回路电流应力,从而提高系统传输效率。     

感应式无线电能传输系统抗偏移技术研究综述EI北大核心CSCD

无线电能传输(wireless power transfer,WPT)的应用初衷是为了让供电更加灵活方便,倘若系统的抗偏移性能不足,则难以满足实际应用的需求,因此抗偏移技术一直都是WPT系统研究的热点。文章综述国内外感应式WPT系统抗偏移技术的研究现状。首先,概述标准中关于偏移的定义和要求,介绍研究抗偏移技术的主要团队;其次,分析线圈偏移对系统输出性能的影响规律,并列出不同类抗偏移的技术手段;接着,重点介绍不同种类抗偏移技术的基本原理和主要研究成果,并指出不足之处;最后,论述抗偏移技术的未来研究方向。     

单级实现的恒流恒压无线充电补偿网络研究

基于无桥升压功率因数校正(power factor correction, PFC)的单级无线电能传输(wireless power transfer, WPT)电源与传统多级WPT电源相比具有体积小、成本低、效率高及可靠性高的优点,但其存在着发射端直流环节电压升高,难以通过补偿网络实现恒流与恒压等问题。为此,提出了一种不对称调制方式及该调制方式对应的补偿网络,解决该单级WPT变换器中发射端直流环节的电压升高问题,并且使得该单级式WPT电源通过补偿网络切换实现了与负载无关的恒流恒压输出。仿真和实验验证了提出的不对称调制方法及其补偿网络的正确性,为无桥升压PFC的单级WPT电源走向应用打下了基础。