自主导航小车无线快速充电系统设计

当前,自动导引车辆(automated guided vehicle,AGV)大部分采用有线充电方式,需要人为干预,且充电时间长,严重制约了AGV的有效工作时间。为此,设计了一种用于AGV的视觉引导与快速无线充电系统,通过视觉引导技术完成AGV的自动寻迹以及无线充电对位,采用基于磁耦合谐振原理的无线电能传输技术为车载超级电容器进行快速充电,以实现AGV的全时全自主运行。无线充电系统采用单金属氧化物半导体场效应晶体管逆变、原边并联补偿-副边串联补偿结构,金属氧化物半导体场效应晶体管的驱动电路由NE555和IR2104芯片构成,采用150 kHz恒定频率控制方式;同时,利用超级电容器作为车载储能设备,以实现快速充电。通过实验结果验证了该系统的有效性和可行性。     

基于太阳能的无线充电器设计

为了摆脱有线充电的束缚,更加合理有效的利用能源,设计了一种基于太阳能的无线充电系统。太阳能电池板收集太阳能并通过充电管理电路给12V蓄电池充电,发射电路将12V直流电经过H桥逆变成交流信号并通过线圈发射出去,接收电路采用全桥整流将感应的交流信号整流滤波后稳压输出。实验结果表明:该太阳能无线充电系统可以稳定的给手机,MP3等设备充电。     

基于整流性负载补偿的无线充电系统T型阻抗匹配网络设计方法的优化

无线充电系统的阻抗匹配对于提高系统的能量传输能力具有重要意义。针对现有纯阻性整流性负载分析方法的缺点与不足,提出一种基于整流性负载补偿的无线充电系统T型阻抗匹配网络的优化方法。首先,分析基于传统整流性负载分析方法的T型阻抗匹配网络。其次,分析整流性负载的非线性特征,得出其感性特征不能忽略的结论,并根据此结论研究补偿整流性负载的方法,对T型阻抗匹配网络的设计方法进行优化。最后,对提出的优化方法进行仿真和实验验证。仿真和实验结果表明,该优化方法能够将无线充电系统的能量传输效率提高近1%,输出功率从2.52k W增大至2.77k W。     

基于HMM的无线充电系统PFC装置故障检测

PFC装置作为电动汽车无线充电系统中整流模块与高频逆变模块之间的重要桥梁,一旦发生故障,不仅会对电网产生严重的影响,还会对后端高频逆变模块造成不可逆的破坏,因此需要对其进行快速和准确的故障检测。传统故障检测方法检测时间长,检测精度低。为此,本文提出一种基于隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model,HMM）的电动汽车无线充电系统PFC装置故障检测方法。首先初始化模型,然后利用鲍姆韦尔奇（Baum-Welch）算法进行故障模型训练,最后利用维特比（Viterbi）算法进行故障检测。仿真实验结果表明,采用HMM进行PFC装置故障检测的正确率较神经网络和支持向量机（Support Vector Machine,SVM）最大提高了约40%,是一种快速且准确的方法,因此本文采用HMM能够有效识别出电动汽车无线充电系统中PFC装置故障的类型。     

基于碳化硅器件的无线充电系统电源设计

碳化硅(SiC)器件耐高频高温、散热性能好、导通电阻小,应用于无线充电系统可有效提高无线充电系统的效率。文中首先对比了SiC材料与Si材料的特性,在此基础上研制了一套基于SiC器件的无线充电系统电源装置。该装置由整流模块和逆变模块构成,输入端接市电,且装置的整流模块具有功率因数校正功能。文中详细给出了整流模块的整流桥选型策略、滤波电路参数设计方法、Boost电路功率器件和无源元件设计原则及开关管控制电路设计方法,还给出了逆变模块的开关管选型策略、开关管驱动电路和开关管保护电路的设计方法。最后,实验结果验证了方案的有效性和可行性,输入侧实现了高功率因数,逆变电路开关管电压振荡得到抑制,实验样机的效率峰值可达98.2%。     

带整流负载同步发电机的MATLAB仿真与实验研究

运用MATLAB软件的SimPowerSystems模块库元件，建立了带整流负载同步发电机系统的仿真模型。通过对该整流系统两种典型过渡过程（由空载到负载和由负载到空载）的仿真与实验对比，证明了MATLAB仿真模型的正确性和有效性。     

移动中继双向无线充电系统拓扑结构设计

移动中继无线充电系统可实现其与地面端电源和负载间的双向无线电能传输，使电能存储和充电更具便携性和灵活性，易于实现电工装备的无人化与智能化。作为新型无线充电系统，移动中继无线充电装置设计的重点和难点之一是电能的双向变换，因此提出针对移动中继双向无线充电的功率变换新型拓扑结构，设计具体参数，并进行仿真和实验验证。建立双向无线充电系统仿真模型，对不同互感、负载、输出功率下的系统进行仿真研究，并搭建了10 kW双向无线充电系统进行相关实验研究。仿真和实验数据吻合，进一步证明了所提拓扑结构及整体系统的正确性和可行性。     

无通讯模块无线充电系统的控制策略研究

基于副边控制无线充电系统,提出了原副边无通信模块的无线充电系统的控制策略。首先,对串联谐振无线充电系统工作稳定性进行分析,得到为保证稳定工作副边需控制输出电压,文中采用半控整流电路通过调整占空比控制输出电压。进一步分析得出系统在负载降低与副边升高输出电压两种情况下,由于无法达到预期的输出电压值,导致负载无法正常工作。通过在原边引入对负载与副边半控整流电路开关占空比估计的方法,实现在原副边无通讯模块下,原边针对变化情况同步调整输入电压,使系统能够满足输出条件。最后,在MATLAB中对控制策略进行仿真验证。     

基于无线能量传输的充电平台设计及其性能分析

无线能量传输作为一种新型的电力传输技术,为数量飞速增长的电子产品提供了便捷的充电方式,然而大功率驱动电路、充电距离和效率一直是制约无线充电技术实际应用因素.针对这些问题,基于磁耦合无线能量传输理论,对无线充电的等效电路进行了理论分析,探讨了影响充电效率的主要因素.以STM32单片机作为控制核心,通过设计大功率H桥式驱动电路、整流电路等,研制并搭建了无线能量传输充电实验平台,并对系统工作频率、无线充电距离以及有无中继线圈对系统性能的影响进行了实验和分析.结果表明所设计的无线能量传输充电平台具有相对完整的功能,且在24 V驱动电压、2 cm充电距离的情况下,负载接收功率达到了2.5W.     

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。     

基于改进粒子群算法的无线充电系统参数优化

基于LCC-S型补偿拓扑的磁耦合谐振式无线充电（MCR-WPT）系统，建立其数学模型，从工作频率、补偿电感和负载阻抗三个方面分析其对系统传输性能的影响。针对目前高阶补偿拓扑的参数难以达到最优配置的问题，以提高系统的传输效率为优化目标，以输出功率为约束条件，建立其优化模型，对高阶非线性参数最优配置问题进行优化。为避免优化结果陷入局部最优，提出一种基于种群进化的混合粒子群优化（HPSO）算法，并基于LCC-S型无线电能传输（WTP）系统优化模型对传统的粒子群算法和改进的算法进行仿真对比。结果表明改进的粒子群算法可有效地避免优化结果陷入局部最优。最后，搭建了无线充电系统实验平台，对系统的工作频率特性和负载阻抗特性进行实验分析，实验结果与理论分析和仿真优化结果一致。     

寻轨机器人用无线充电系统的研究

传统寻轨机器人的动力电池采用接触式充电方式,充电时容易因机械接触磨损而导致接触不良。为解决该问题,研究了一种单管感应耦合电能传输ICPT（inductively coupled power transfer）无线充电系统。该系统由前后两级电路组成,前级采用单管ICPT系统进行非接触电能传输,后级采用充电管理芯片LTC4020控制的Buck-Boost电路对锂电池进行快速充电。介绍了所研究寻轨机器人无线充电系统结构及原理,对前级主电路进行了四阶段电路等效、工作过程分析、电路建模、补偿网络设计和软开关设计;对后级充电管理电路进行分析和设计。设计了一台样机,对前级电路开关管耐压、流过电流和输出电压进行了仿真和实验,并通过充电实验验证了所研究充电方案的正确性。     

磁集成Buck变换器在超级电容充电系统中的建模

同步整流Buck变换器广泛应用于低压充电场合,变换器中采用的交错并联磁集成技术能够有效地减小电感电流纹波,增加变换功率,提高变换器的工作可靠性,同时提高系统的动态响应速度。在超级电容充电阶段,采用状态空间平均法,推导了三相交错并联磁集成同步整流Buck变换器在电流连续模式(CCM)下的大信号和小信号模型,得到了系统开环传递函数。利用Matlab仿真软件得到整个系统开环幅频和相频特性曲线,并以此为依据优化设计控制器的补偿网络以提高系统的稳定性和瞬态响应速度,最后通过仿真和实验进行了验证。     

电动汽车无线充电系统的输出功率动态解耦控制

电动汽车无线充电系统动态充电能显著减小电动汽车动力电池的质量与尺寸,但由于动态系统中汽车运行状态会实时改变,因此电池在不同状态下的最优系统输出功率需求不同。系统在非最优输出功率下工作会影响其高效性及可靠性。文中提出电动汽车无线充电系统的输出功率动态解耦控制方法,根据整流电路的动态解耦机理对系统影响较小的特性,保证高效快速调节输出功率。建立了动态解耦控制系统数学模型,得到控制方案的计算因子,通过计算因子实现解耦占空比对输出功率的控制。仿真和实验结果表明,此种动态解耦控制克服了一般调节方式调节慢和效率低的缺点,实现了在动态充电过程中高效快速调节输出功率,优化系统性能。     

基于副边半控整流的超级电容无线充电系统研制

<正>无线充电系统具备自动化充电、强环境适应性和便捷性,能够广泛的应用于电动车、便携式设备和AGV等以电池或超级电容为动力源的设备中。以超级电容为例,为实现快速且高效的电能补充,往往需要恒流充电,因此,有必要研究具备恒流充电能力的无线充电系统。本文设计了一套基于副边半控整流桥的恒流充电系统,通过PI算法调节半控整流桥的移相角度,控制充电电流大小。     

一种应用于无线电能传输的谐振频率跟踪方法

针对锂电池在无线充电过程中特性参数实时变化导致充电系统失谐的缺点,提出了谐振频率跟踪控制方法,并给出实现方案。使用Matlab/Simulink来实现谐振频率跟踪算法,通过改变模拟电池内阻参数来模拟锂电池的充电过程。搭建了实验验证平台,实验结果证明该方法能够使工作频率与谐振频率相一致,工作可靠,并能够有效提高系统的传输效率。     

金属异物对电动汽车无线充电系统影响分析

针对电动汽车在无线充电过程中可能混入金属异物的情况,本文分析了金属异物置于无线充电系统能量传输区域时对无线充电系统参数及效率的影响情况。研究中使用有限元仿真软件建立了电动汽车无线充电系统平面盘式螺旋线圈3D电磁场仿真模型,通过理论分析和有限元仿真结合的方式研究了不同尺寸、不同材质的金属异物对无线能量传输系统的电磁场参数以及效率的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,两种金属混入系统会产生涡流效应和磁效应,磁效应和涡流效应会对无线充电系统参数产生不同的影响,降低系统效率;其影响大小与金属的尺寸和位置密切相关;此外,金属的涡流效应会产生涡流损耗并导致温升,对充电系统是极大的安全隐患。     

整流侧大容量变压器充电对高压直流输电工程运行影响分析及改进措施研究

大容量变压器充电过程中产生的励磁涌流是交流系统常见的二次谐波来源之一,因高压直流输电工程固有运行特性,整流侧交流系统100 Hz谐波分量经直流换流阀转变后在直流侧呈现为50 Hz谐波分量,在直流线路谐波放大作用下,极易引发逆变站50 Hz谐波保护误动,甚至导致高压直流输电工程多回、多极闭锁,故在工程规划设计阶段需全面充分评估整流侧交流系统大容量变压器、换流变压器充电对直流工程运行的影响,同步策划解决方案。以某直流工程整流站换流变压器充电及整流侧交流系统电厂主变充电期间逆变站两起50 Hz保护动作为例,详细分析了保护动作原因,明确了整流侧大容量变压器、换流变压器充电对该直流输电工程安全运行的影响,并提出了后续运维建议及彻底整治措施研究的技术路线。     

对超大容量蓄电池充电站的优化设计

针对目前众多超大容量蓄电池充电站采用相控整流技术存在网侧谐波污染严重,直流纹波大,充电终了深控运行功率因数低等缺陷,基于模块化设计思想,将自动有源功率因数校正（APFC）和高频整流技术结合,在控制网侧谐波和提高直流输出电能质量的基础上,设计了基于CAN总线的多开关电源均流超大容量充电系统,并进行了仿真和样机试验。仿真与试验结果表明,该优化设计可有效改善超大容量充电站的各项性能指标。     

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。