串联谐振型WPT恒流恒压电池充电研究

为减少无线电能传输(WPT)电池充电系统的开关器件和无源元件数量,简化控制的复杂度,此处基于串/串(S/S)补偿的拓扑,提出通过切换两个固定工作频率实现电池的恒流恒压(CC-CV)充电,当运行于其中一个固定频率时,实现与负载无关的CC输出,运行于另一个固定频率时,实现与负载无关的CV输出,并给出了具体的参数设计方法来提...     

基于初级重构的IPT恒流恒压充电系统研究

为了保证电池充电的安全性和有效性,恒流(CC)恒压(CV)充电模式被广泛应用于感应电能传输(IPT)系统。此处利用一个三桥臂半桥逆变器,提出了一种低成本的初级重构电路以实现电池的CC-CV充电。通过对不同工作状态需求的简单反馈控制,以获得CC输出和CV输出。所提电路仅额外增加一个开关管和交流开关来实现CC模式到CV模式的切换,且达到逆变器零相位角的工作效果。最后,搭建了60 V/4 A输出的样机,验证了理论分析。实验结果表明,所提出方法满足对电池充电的要求。     

无线智能家居系统中的识别技术

实现锂电池的恒流充电控制,需要设计专门的直流转换电路,但这样会增加系统的电路复杂度,同时为了保护无线智能系统的运行安全,还需要针对该系统设计相应的保护,这就要求系统在运行过程中可以准确地识别出充电负载。为此,在无线智能家居应用中设计了一种基于LCL拓扑的无线充电系统,并根据锂电池的充电特性,使其可以实现恒流输出,在此基础上,提出了一种充电策略。该充电策略可以在智能家居型负载接入系统后,识别出负载特性并作出相应的动作,同时还可以保证负载在供电过程中的安全性。最后,搭建了一个系统实验样机,为标称电压7.4 V的锂电池进行无线充电,同时也验证了当非适用负载接入系统后,所提出用于保护系统的充电策略的有效性。     

基于谐波特性的双侧LCC补偿网络参数设计方法

储能装置需要感应能量传输系统实现恒流(CC)/恒压(CV)的输出特性,而采用调频和辅助开关的实现方式会降低系统性能,因此提出了一种综合考虑谐波的双侧LCC补偿网络参数设计方法.所提方法仅通过频率切换实现CC/CV两种输出模式,无需额外的开关器件,降低了系统控制复杂度,并且通过设计补偿电容参数实现了充电全过程逆变器的软开关.为了验证理论分析的正确性和可行性,搭建了 400 W实验样机,实验结果表明所提参数设计方法使双侧LCC补偿网络在仅切换一次频率的情况下实现先CC再CV的输出特性,提高了系统的安全性和稳定性.     

变结构LC-CLCL拓扑恒压恒流型电场耦合电能传输系统

该文提出一种变结构LC-CLCL拓扑电场耦合电能传输(electric-field coupled power transfer,ECPT)系统,可实现负载变化下的恒压或恒流输出,对电池类负载的稳定充电具有重要意义。首先,给出LC-CLCL补偿ECPT系统的基本结构及切换策略,并建立等效数学模型;然后,分析恒流、恒压及空载模式下的系统特性,建立恒压恒流实现条件,且能保证系统负载切除时自动进入低功耗状态,此基础上,给出系统参数设计方法;最后,搭建仿真和实验系统,在输入电压恒定情况下,实现1A的恒流输出,50V的恒压输出,验证所提方法的有效性和正确性。     

自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电器

目前的无线供电应用中多采用锂电池作为负载,无线充电器应提供电池所需的先恒流后恒压输出,其中恒流与恒压的切换多依赖后级变换器、复合拓扑或高阶网络来实现,控制复杂,可靠性差.为解决该问题,文中提出了一种可自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电系统,该系统通过在原边侧增加辅助线圈和无源整流桥,实现恒流与恒压模式的自动切换,不...     

基于变结构中继回路的感应电能传输无线充电系统

针对感应电能传输(inductive power transfer,IPT)无线充电系统中恒压或恒流输出的相互转换问题,基于LCL/S拓扑电路,提出含变结构中继谐振回路的恒压恒流无线充电系统,利用2个相互解耦的DD型线圈作为中间线圈,与谐振电容器形成谐振回路,使用2个交流开关用于系统充电模式的切换,实现独立于负载的恒流...     

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。     

一种优化工作频率范围的无线充电系统研究

无线电能传输(WPT)是一种方便灵活的电能传输方式.目前对车载电池的充电多采用先恒流(CC)再恒压(CV)的充电方式.在WPT系统中,逆变器的零电压开关(ZVS)技术能进一步提高系统效率.此处以串联-串联(SS)型谐振式无线充电系统为研究对象,运用电路理论建立其等效电路模型,推导出系统电压增益和跨导增益关系表达式.采用变频移相控制策略分析无线充电系统分别工作在CV和CC模式时,逆变器工作在ZVS状态下的频率范围.通过理论分析发现,设置一定的移相角可以使系统的工作频率范围缩小,使无线充电系统工作在优化的频率范围中.最后,搭建了仿真模型和实验平台对其进行了验证.     

基于SCC结构的双边LCC汽车无线输电系统

电动汽车锂电池无线充电需要采用电磁感应耦合电能传输(ICPT)方式和恒流恒压充电模式.在电磁机构耦合系数波动或负载变化时,常规电路存在输出能力下降和输出电压、输出电流不稳定问题.基于双边LCC谐振网络,给出了一种基于开关控制并联电容(SCC)的自动谐振网络,完成了理论分析、仿真计算和实验验证,在保证高效能量传输前提下,...     

LCC-LCC/S自切换恒流-恒压复合型无线电能传输系统

为了解决蓄电池充电过程中的恒流过充或恒压欠充问题，该文提出一种LCC-LCC/S自切换恒流-恒压复合型无线电能传输系统。通过副边电力开关切换，该系统不仅可实现恒流-恒压输出，且能有效应对蓄电池充电过程中的各种异常工况；另外，在充电完成负载移除时，该系统能自动进入低功耗待机状态。首先，给出LCC-LCC/S自切换复合拓扑，分析恒压-恒流及零相角（ZPA）特性；其次，分析恒流-恒压切换点并验证其最优性；然后，通过分析充电过程中出现的副边缺失、负载短路、负载断路等异常工况，系统能通过开关切换有效应对以上异常工作情况，并且充电完成负载移除后系统能自动进入低功耗待机状态；接着，通过与目前研究较多的S-SP拓扑的系统特性进行对比，突出了LCC-LCC/S拓扑的优势；最后，搭建仿真和实验平台，实现最大电流为5.03 A、最大电压为48.92 V的高效率输出，验证了所提理论的正确性。     

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。     

一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器

随着蓄能锂电池恒流充电方式的普及,针对双向车载充电机中传统电压源直流变换器不具备自然恒流输出问题,提出一种新型双向三电平倍流LCL-T谐振直流变换器,其由LCL-T谐振结合三电平级联中性点箝位有源桥构成。由于耦合变压器级联的特殊方式,有源桥各子桥臂可独立或并行工作,据此可设计不同的调制方式控制谐振腔输入电压,建立变换器一倍、二倍准恒流模式。为实现双向功率传输特性一致,谐振腔器件参数采用对称设计,进而研究了一种受归一化频率f_n、品质因数Q控制的LCL-T谐振准恒流输出,并考虑无功功率控制和实现开关管零电压开通,设计满足给定准恒流输出精度的输出工况筛选算法。最后通过所搭建的仿真平台和实验样机证明所提变换器在各模式下均能实现给定精度内的准恒流输出。     

基于IPOS双LLC谐振变换器的恒压恒流充电研究

针对充电拓扑存在开关工作频率范围过宽的问题,提出了一种适用于蓄电池充电的IPOS双LLC谐振变换器,并针对其恒压恒流输出特性展开了研究。所提变换器包含两组LLC谐振腔,通过辅助开关管S的开闭改变其中一组谐振电容参数,从而实现变换器的恒压和恒流输出转换。恒压恒流模式下所提变换器均定频工作：在恒压模式(S闭合),两组谐振腔工作在LC串联谐振点处;在恒流模式(S断开),一组谐振腔工作在LLC谐振点处实现恒流输出而另一组仍恒压输出。所提变换器实现软开关的同时实现了原边开关管和副边整流二极管的复用,并详细介绍了其工作原理、电压电流增益、设计方法和控制方案。最后,通过实验和仿真验证了所提变换器的可行性。     

谐振式无线电能传输系统恒功率输出特性研究

在无线充电过程中,电池阻值的变化会引起输出功率的波动,从而减短电池寿命,影响充电安全。针对磁耦合谐振式无线电能传输变负载系统,通常是在接收端加入控制电路使输出功率稳定,但这增加了用电设备的体积。因此,文中提出了基于反射阻抗原理的2种恒功率控制策略：Sepic电路恒功率输出控制策略和移相控制恒功率输出控制策略。首先分析了负载电阻对输出功率的影响;然后分别推导了Sepic电路驱动信号的占空比、移相控制中驱动信号的移相角与输出功率的关系,给出了恒功率控制策略的原理;最后通过Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证了文中理论分析及所提控制策略的正确性。仿真结果表明,2种控制策略均能有效实现恒功率输出。     

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。     

电动汽车非接触充电负载自适应控制方法

在电动汽车电磁感应式非接触充电系统中,电能接收端电路需要恒定的等效负载以保证系统运行在最大效率点。为此,针对电动汽车在恒流或恒压的充电模式中充电功率实时变化导致等效电阻无法保持恒定的问题,提出一种电磁感应式非接触充电负载自适应控制方法:该方法基于恒流恒压充电方式,通过制定参数初始匹配和负载自适应调节2个阶段的控制策略,将电池的充电电压、电流以及功率进行离散化分段控制;通过改变三相整流装置输出电压,间接改变非接触充电电能转换装置的输出电压,实现充电功率的实时变化;基于直流降压电路输入端电压和电流的比值,通过实时改变占空比信号,以保持电能接收端等效负载不变。该方法在兼顾电池充电时间和安全性的基础上,确保系统工作在最大效率点。通过算例验证了所提方法的正确性和可行性。     

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。     

基于电流源型PWM整流器的高效电池充电系统设计

为了解决目前大功率充电系统所存在的电池电压匹配、充电效率等方面的问题,采用三相电流源型整流器(CSR)作为充电系统拓扑结构。采用间接电流控制策略对网侧电压信号进行延迟修正,从而实现网侧单位功率因数控制。在传统恒压-恒流(CC-CV)充电策略基础上,依据电池电化学特性,提出一种基于模糊推理控制策略的CC、CV充电模式切换算法。采用频域法对CV充电模式下的控制环路传递函数进行分析,并考虑数字时间延迟对系统的影响;利用MATLAB/SISO设计工具,分别对电流内环和电压外环控制器的零点位置与环路增益进行优化,以提高系统的整体性能。仿真与实验结果验证了所提策略的正确性与可行性。     

基于双T型补偿网络的无线充电系统研究

为实现电动汽车无线充电系统的恒压输出,提出一种基于双T型补偿网络的电动汽车无线充电系统,无需加入闭环控制电路和动态调谐电路,通过对补偿网络的设计即可实现系统输出电压,具有负载无关性,且系统同时具有单位功率因数输入特性。首先建立了双T型补偿网络电动汽车无线充电系统的等效模型,并分析了系统的恒压输出特性与单位功率因数输入特性,接着给出了系统一般性设计方法,最后通过仿真和实验验证了理论分析的可行性及有效性。