LCL谐振型感应电能传输系统软开关方法研究

LCL谐振型感应电能传输(IPT)系统由于受到副边反射阻抗的影响,系统的软开关频率会随着负载的变化而发生漂移,甚至出现消失的情况。针对上述问题,利用互感耦合建模分析方法,研究了LCL谐振网络的参数匹配,得出了使系统存在软开关频率点的参数边界约束条件,并利用数值方法研究了系统在变负载情况下的频率特性。基于理论分析,提出了一种自激振荡反馈式频率跟踪方法,可以使逆变器的工作频率跟踪系统的软开关频率,搭建了实验系统对理论分析和频率跟踪方法的有效性进行了验证。     

谐振式电动汽车无线充电系统频率分裂抑制方法

谐振式电动汽车无线充电系统在充电过程中由于参数变化出现频率分裂现象,而产生多个谐振频率,导致系统在原谐振频率处的输出功率降低.以互感模型为基础推导得出频率分裂与负载阻值和耦合系数有关,建立阻抗角模型得到无线充电系统在负载阻值越小,耦合系数越大时越容易出现频率分裂的结论.进而提出一种使用buck变换器调节负载阻值的方法,...     

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。     

基于LCC谐振变换器的锂电池充电电路

针对以LLC谐振变换器为主电路的锂电池充电器开关频率变化范围较大,恒压涓流充电时调节特性差的问题,提出了以电容输出滤波的半桥LCC谐振变换器作为主电路的锂电池充电电源设计方法.分析了电容输出滤波半桥LCC谐振变换器的恒流和恒压输出特性以及恒流恒压模式的转换过程,给出了变换器精确的参数设计方法.搭建了160 W的实验样机,实验结果验证了该方法是可行的.恒流模式下,当输出电压在20～80 V变化时,变换器的工作频率变化仅有3.33％,并且通过调节工作频率,可以实现空载恒压输出.变换器的开关管能在全范围内实现软开关,最高效率94.5％.     

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。     

基于ARM的四路锂电池充电器设计

随着便携式电子产品的迅速发展,锂电池的使用也越来越广泛。为解决多种锂电池电子产品快速充电的问题,应用STM32单片机设计制作了一种智能化四路锂电池充电器。设计集成了四路充电回路,各个回路独立控制,互不影响。通过模拟开关来分别选通充电回路,利用按键来选择初始化充电参数,采用PWM波来调节锂电池的充电过程。经过实验验证,在保证充电时间的前提下,此设计能有效实现多路同时充电,而且通过按键选择,可以选择为3．7 V和7．4V2种大小的锂电池充电。     

基于LCL-LCL/S混合自切换谐振式无线充电系统

为了减少混合谐振式无线充电系统的开关器件和无源元件数量,提高系统输出功率,同时简化原、副边的控制策略,提出一种基于LCL-LCL/S混合自切换谐振式无线充电系统,无需原、副边通信和增加任何无源元件,仅通过LCL结构的自投切操作更改拓扑网络来实现无线充电系统恒流恒压的切换。首先,依靠T型网络分析恒流或恒压输出与输入阻抗呈纯阻性的关系;然后,引入混合型补偿网络数学模型,分析实现系统输入电流和电压之间零相角（ZPA）与恒流或恒压输出特性的参数配置条件;接着,依据蓄电池充电曲线特征、谐振电流阈值、电压跳变阈值和耦合系数变化约束,进一步提出一种适用于混合谐振式拓扑网络参数优化的设计方法,在避免谐振网络参数经验选值的局限性导致参数不确定性问题的同时,也为参数选取提供了理论依据;最后,搭建实验平台验证该方案的可行性与有效性。实验结果表明,优化谐振网络参数的无线充电系统具有较好的恒流恒压输出特性,系统最大传输效率为81%,完全满足恒流恒压无线充电需求。     

基于模糊控制的锂离子电池变频脉冲快速充电

为了进一步缩短充电时间、提高充电效率和延长电池循环寿命,提出了基于模糊控制去极化的变频脉冲快速充电方法。该方法利用扰动观察法实时跟踪谐振频率,找到对应于谐振频率的最大电流给电池充电,同时利用模糊控制技术检测和消除充电中产生的极化效应来加快充电速度,实现变频快速充电。与目前常用的变电流间歇式快速充电法进行的比较实验表明,该充电方法在充电时间、充电效率、最大温升等指标上分别改善了6.9%,2.4%,17.3%。     

基于LCL谐振补偿网络的副边自动切换充电模式无线电能传输系统研究与设计

为满足电池在无线充电过程中所需要的先恒流输出后恒压输出的充电需求,该文从电路本质特性出发,基于LCL谐振补偿网络结构,提出一种通过切换副边的谐振补偿网络参数完成恒流充电模式向恒压充电模式的自动切换方法。所提出的方法可以免去原、副边之间的无线通信,且不需要改变原边的输入电压和频率。该文以谐振补偿网络两个电感比值α=1条件下的LCL型谐振补偿结构为例,对所提出的设计方法进行了分析和验证,搭建了一套实验平台,实现了线圈距离在20cm条件下,输出功率为1k W,效率为92%,恒流输出为5V,恒压输出为205V的WPT系统。实验表明,应用所提方法,能够实现电池在无线充电的过程中先恒流输出后恒压输出的充电需求,且切换过程自动、稳定。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统频率跟踪研究

采用SS补偿结构的磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统工作在过耦合区域时的频率分裂现象会导致基于逆变器输出电压和初级电流的频率跟踪方法无法始终跟踪固有谐振频率,从而降低系统的传输效率。在此分析了系统工作在过耦合和欠耦合情况下逆变器输出电压和次级电流的相位关系,设计了采用锁相环(PLL),基于逆变器输出电压和次级电流的频率跟踪实验方案。实验结果表明采用基于逆变器输出电压和次级电流的频率跟踪方法可以在任何互感和负载条件下始终跟踪系统的固有谐振频率而不受频率分裂现象的影响,从而提高系统的传输效率。     

基于SS型磁耦合谐振无线电能传输频带序列划分

磁耦合谐振无线电能传输(MCR-WPT)具有传递功率较大、距离适中、传递效率高等优点。针对MCR-WPT中频率资源划分尚未统一的问题,基于两线圈串联-串联(SS)模型的WPT系统,用电路模型分析WPT系统的运行特性,提出了WPT谐振频率范围划分的距离原则。使不同传递距离范围对应不同谐振频率序列,并结合改进几何均值原则对划分结果进行修正,得到修正后的谐振频率序列推荐值。同时,为增强WPT对负载变化的适应性,将谐振频率点拓展为工作频段,提出基于负载特性的工作频段确定方法。再将谐振频率序列和工作频段结合,实现了基于SS型MCR-WPT系统的频带序列划分。最后搭建实验平台验证频带序列划分结果的合理性。     

基于最优负载匹配WPT系统的最大效率跟踪

磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT(magnetically-coupled resonant wireless power transfer)因其具有在中长距离传输较大电能的优势,获得较高的潜在应用价值.针对一类具有串-串结构等效电路的MCR-WPT系统,首先分析其传输效率,得出发射和接收回路同时处于相同频率的谐...     

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。     

磁场耦合无线电能传输系统最大功率要素分析

针对无线电能传输系统的功率和效率问题,在特定频率下研究了影响无线电能传输系统最大传输功率的若干要素。以磁场耦合单元为核心建立简化模型,包括发射回路、接收回路,以及两个回路之间的磁场耦合单元。分别研究发射回路电抗、接收回路电抗、互感电抗等在单独变化,或协同变化时,如何影响最大功率传输条件,最大功率值和传输效率等。研究发现,不同情况下的最大功率传输条件之间存在内在联系;在发射回路与接收回路电阻乘积较小时,松耦合谐振才能传输最大功率。此结论不依赖于阻抗补偿形式,并且对感应耦合式和磁场共振式无线电能传输系统均适用。仿真和实验结果与理论分析结果一致。     

基于频率切换的S/SP拓扑恒流恒压输出WPT系统研究

近年来,无线电能传输技术因其稳定、安全、电气隔离等优势受到研究者广泛关注。在实际应用中,确保无线电能传输系统在零相位角的条件下实现稳定的先恒流后恒压充电输出对延长电池寿命和提高系统的功率传输效率至关重要,因此,提出了一种基于频率切换的S/SP拓扑补偿的具备恒流和恒压充电功能的WPT系统。通过理论分析,该系统可以在2个固定的零相位角频率点下实现稳定的恒流和恒压充电输出特性,且无需重构电路补偿结构。此外,所提系统的整体补偿元件较少,降低了系统的设计复杂度和开发成本。为验证所提系统的正确性,搭建了一台4.2 A/56 V充电输出的实验样机。实验结果与所提系统的理论分析吻合良好。     

基于垂直中继的U型高压线路无线供电系统设计

为解决110 kV输电线路杆塔侧在线监测设备的供电问题,文中创新提出一种基于垂直中继的U型高压线路无线供电系统。首先结合互感耦合理论与有限元仿真,提出U型无线供电系统的整体设计方案,实现杆塔侧在线监测设备长距离、大功率、高效率、宽频带的无线供电。在此基础上建立系统级仿真模型,对U型无线供电系统的距离特性、频率特性、负载特性及电磁分布特性进行分析,验证了设计方案的可行性和电磁兼容性。最后搭建实验平台,在600 kHz的工作频率和1.2 m的传输距离下,系统输出功率达到73.58 W,能够满足杆塔侧在线监测设备的实际功率需求,为无线电能传输技术在高压设备供电领域的应用提供了参考依据。     

线圈非同轴时磁耦合谐振式无线电能传输系统的效率优化

针对磁耦合谐振式无线电能传输系统的发射线圈与接收线圈非同轴放置时系统的传输效率过低的问题,运用耦合模理论,推导出系统的效率表达式。并以此为基础,分析发射线圈与接收线圈非同轴放置时,系统传输效率的变化规律。为解决发射线圈与接收线圈之间非同轴放置时系统效率过低的问题,提出一种基于混沌优化算法的参数动态调节方法,该方法能使系统几个关键参数实现最优匹配,有效提高系统的传输效率。最后,研制了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于耦合系数估计的电动汽车无线电能传输最大效率跟踪

电动汽车行驶(EV)过程中可通过无线电能传输(WPT)提高续驶里程,而车辆轴荷的改变或者路面状况引起的悬架振动会改变发射线圈和接收线圈之间的耦合系数,导致WPT系统远离最大效率传输点。为了解决WPT系统效率随着耦合系数的波动而偏离极值点的问题,以串串(SS)型拓扑为研究对象推导出耦合系数实时估计方程,在此基础上提出了一种新的最大效率跟踪控制方法,利用PI控制调节接收侧直流电流,从而使得WPT系统在耦合系数变化时也可以维持最大效率状态。仿真和实验结果表明了该方法的有效性。     

干扰因素下无线电能传输频率控制算法研究

为了提高无线电能传输WPT(wireless power transmission)负载端接收功率以及效率,增强传输的稳定性,研究无线电能传输系统过耦合干扰因素下无线电能传输频率控制算法,解决在该种干扰因素下频率分裂引起的传输功率下降问题。采用自适应频率跟踪WPT系统,依据DSP控制DDS(direct digital synthesis)自动调节输出频率,完成无线电能传输频率的自适应跟踪控制。采用改进粒子群优化算法,以进化因子和时间变动为依据进行自适应调整粒子的惯性权重和学习因子,提高粒子寻求最优解的速度和粒子算法的搜索力,获取无线电能传输系统功率和效率的最优值,增强频率跟踪的速度和精度。结合Zigbee,向DSP中植入改进粒子群优化算法,控制无线电能传输系统射频源频率,完成无线电能传输系统功率和效率同步频率跟踪,增强过耦合运行状态下无线电能传输负载端接收功率及效率。实验表明,该控制算法可在临界耦合点前提高无线电能传输系统整体功率,且能提高无线电能传输系统效率,系统发射端频率得到平稳控制,性能得到改善。     

200W级磁耦合谐振式无线电能传输频率特性的研究

采用磁耦合谐振技术提供了一种新型无线电能传输方式,其安全、可靠、灵活的特点受到广泛关注。为进一步扩展无线电能传输的应用领域,设计较大功率的无线电能传输系统是十分必要的。基于串并结构谐振电路等效模型,通过电路理论推导出补偿电容、电压增益、效率等表达式,应用Matlab软件对系统的谐振频率进行了仿真分析,得出谐振频率偏移对系统性能影响规律。在此基础上设计了一套无线电能传输实验平台,传输距离为1~7 cm,该装置负载端获得功率可达200 W,最高传输效率为80%。