电动汽车无线电能传输系统参数优化研究

双边LCC(DS-LCC)拓扑因其具有不依赖负载的恒流输出特性被广泛应用于电动汽车无线电能传输(WPT)系统,但传统对称参数设计方法并未充分利用其设计自由度高等优势,使系统效率难以进一步提升。针对该问题,在不改变系统主要参数前提下,提出了一种非对称参数设计方法以提升系统效率,即通过改变两个补偿电感配比来重新设计补偿参数,并在此基础上进一步优化补偿电容实现了逆变器软开关,确立了最佳效率点的参数配比。最终通过搭建3 kW实验样机验证了系统可行性,实验结果表明优化后的效率最高达到92.7%,且在全功率范围内,比优化前的系统效率提高了1.3%～1.4%。     

SS型无线能量传输系统参数优化

针对无接触电能传输系统的性能优化问题,以串串(SS)型补偿拓扑为例分析了系统谐振频率和初、次级互感值对无接触电能传输系统性能的影响,并计算出满足最大传输功率、最大传输效率的相应参数取值;针对采用SS型补偿拓扑的感应耦合电能传输(ICPT)系统存在电容电压应力较大问题,引入电压应力系数,综合系统传输功率、传输效率,提出一种新型系统性能优化指标。系统在满足输出功率基础上,该指标还考虑到传输效率、电容电压应力、可靠性等。以此对ICPT系统的参数进行优化设计,在满足输出功率的基础上,相比最大能效积优化具有更高的传输效率及较小的初级电流应力。最后,通过仿真和实验证实了此处所提方法对优化ICPT性能的有效性。     

基于LCL-S型无线电能传输系统效率优化研究

由于LCL-S型无线电能传输(WPT)系统具有初级恒流输出特性以及次级恒压输出特性,故其已经在WPT系统中得到了广泛应用。但是,在系统轻载时,逆变器输出电流存在畸变,此为LCL-S型WPT系统的固有缺点。针对此问题,在不影响WPT系统原特性的基础上,此处提出两种改进方法,并分析改进后系统的工作原理以及可取得的良好效果。最后,通过仿真分析和实验证明理论分析的正确性。     

磁共振无线电能传输系统功率与效率综合优化

针对磁共振耦合无线电能传输系统中峰值功率与峰值效率工作频率点往往不重合,不可同时最优传输问题,利用互感耦合理论对无线电能传输系统进行建模分析,推导出功率与效率计算的数学表达式,阐明了系统获得峰值传输功率和峰值传输效率的各自条件,发现负载是影响两者频率分布的主要因素.在此基础上,提出匹配因子的概念,指出通过调整用电端负载...     

无线电能传输磁耦合结构分析与优化

无线电能传输技术是运用电磁感应原理实现电功率从空气介质距离传递的一种新型能量传输技术。磁耦合结构作为其关键组件,因其固有的松耦合特性,导致它是无线电能传输系统实现高效、大容量、安全稳定地传输电功率的瓶颈。文中介绍了磁耦合结构的性能特点,对空间两平行位置的环形线圈磁耦合结构进行详细地分析并对当接收线圈半径固定为0.25m,提离高度固定为0.2m的环形线圈磁耦合结构进行了优化,包括发射线圈大小,发射侧和接收侧磁心大小、厚度和形状等结构参数的优化。     

双向无线电能传输系统效率优化控制策略研究

电动汽车双向无线电能传输系统以其便利性和互动性,可适用于未来车联网。相比单向系统,双向系统控制自由度多,不同自由度的选取和组合会影响系统中变换器和传输线圈损耗的分布及其大小,进而影响系统的整体效率。因此,如何通过多个控制自由度间的协调组合提升系统整体效率,是双向系统控制的关键性问题。该文首先分析了多个控制自由度间组合关系对变换器运行状态和线圈间传输效率的影响,推导了实现变换器优化运行和线圈间传输效率提升的约束条件。在此基础上,针对上述优化运行条件,对系统各部分损耗及整体效率进行了估算,并提出一种实现双向无线电能传输系统效率优化的多自由度组合控制策略。搭建了相应的仿真和实验平台,实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。与传统控制策略的对比结果表明,所提方法能进一步优化系统运行状态,提升整体效率。     

基于参数优化的抗偏移无线电能传输系统

为解决无线电能传输系统中耦合机构偏移问题,提出基于参数优化的S-S与LCC-LCC双拓扑无线电能传输系统。首先对S-S,LCC-LCC拓扑能量传输通道进行输出特性分析,根据电流输出条件选取DDQ线圈结构实现其解耦特性,然后为了具有更好的抗偏移特性,提出一种参数优化方法对补偿网络的参数进行优化。最后搭建实验样机验证理论的可行性。实验结果表明,优化后的系统耦合机构最大偏移量可达160 mm,电流增益波动范围0.163 1~0.180 1,电流波动比例为±4.9%,系统效率最高可达89.47%。     

MCR-WPT系统传输特性研究及传输效率优化

以提高磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统传输效率为主要目标,同时保证系统不发生频率分裂,对系统多个参数进行优化.利用互感模型分析影响MCR-WPT系统传输效率的因素,确定优化参数.从系统输入阻抗的角度分析系统产生频率分裂现象的原因及抑制方法.利用粒子群优化(PsO)算法对影响系统传输效率的因素进行优化,在抑制系统发生频率分裂的同时使系统传输效率达到最大,得到最优解对应的参数值.通过实验证明该方法有效提高了MCR-WPT系统传输效率,对MCR-WPT系统的参数确定具有一定参考意义.     

磁共振耦合电能传输系统功率与效率传输特性分析与优化

功率和效率是电能传输系统的两个重要指标,利用理论分析结合实验研究的方法,探讨磁共振耦合无线电能传输系统的功率和效率传输特性。分析指出负载功率与系统效率频率响应曲线均存在分叉现象,收发端参数相同的传输系统的负载功率频率响应曲线呈近似对称形状,分叉现象消失前的负载功率不随收发端距离的变化而变化;参数非对称系统频率分叉时存在主从共振频率之分,且负载功率会随收发端距离的增大先增大后减小。理论推导出系统临界耦合系数及功率最优传输条件下的收发端优化耦合系数数学表达式。针对峰值功率与峰值效率工作频率点不重合的特性,提出了基于信息反馈的能效优化控制策略,借助能量传输通道,利用负载调制技术将接收端工作状态向发送端实时反馈,实现能量传输过程的闭环控制。文中理论分析结论与实验结果相一致。     

无线电能传输磁耦合系统损耗优化

在不含磁芯的无线电能传输WPT（wireless power transmission）系统中,由磁耦合系统引起的损耗是系统损耗的主要组成部分之一,而磁耦合系统的损耗由接收线圈、发射线圈的电阻以及流经收发线圈的电流所决定。结合串/串S/S（series/series）补偿拓扑无线电能传输的电路响应特性,分析磁耦合系统的线圈感量、线圈电阻与线圈匝数的关系,提出了根据发射、接收线圈电流工况调整收发线圈匝数的磁耦合系统线圈匝数组合优化设计方案。绕制3组不同匝数组合的收发线圈（含优化匝数组合及两组对照匝数组合线圈）用以验证优化方案的可行性。仿真及实验结果均表明：在相同工况下,优化组合方案的线圈总损耗均低于对照组,且整体样机的效率均高于对照组。     

电磁感应式无线电能传输系统一次电流效率优化配置

电磁感应式无线电能传输系统在包含多个接收模块时通过保持一次侧发射线圈电流恒定可以实现多个二次侧接收模块间控制的解耦.当接收模块通过DC-DC控制输出电压时,一次线圈电流可以在一定范围内灵活设定,这也带来了效率优化的空间.该文建立一次电流与电磁耦合机构效率之间的定量关系,得到效率最大的一次线圈电流最优值.基于系统参数进行...     

磁耦合双模无线电能传输系统研究

磁耦合感应式无线电能传输(MCI-WPT)感应区域传输效率高,而磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)谐振区域传输效率高,为解决两者优势不可兼得的问题,提出磁耦合双模无线电能传输(MCB-WPT),引入转换开关组,实现磁耦合无线电能传输系统拓扑结构可控,使其可工作在MCI-WPT和MCR-WPT双模式下,在一定范围内,实现最佳能量传输。建模分析MCI-WPT与MCR-WPT传输效率与传输距离的关系;提出MCB-WPT方案,建立其传输效率模型,并给出MCB-WPT系统设计方法和控制策略。实验证明,MCB-WPT在感应区域和谐振区域均可获得较高传输效率。     

一种无线电能传输系统的盘式谐振器优化设计

无线电能传输系统在给定工作频率下,发射和接收线圈间的互感、等效内阻以及负载阻抗是影响系统传输效率的主要因素。针对线圈设计过程中各参数之间的特性和相互约束关系,提出一种在给定工作频率、传输距离下的盘式谐振器的优化与设计方法。该方法综合考虑谐振频率、线圈半径、匝数等因素,以传输效率为优化目标,解决了特定条件下的具体谐振器设计问题。实验结果与解析、仿真结果具有较好的一致性,验证了该方法的正确性和有效性。     

水下磁耦合式无线电能传输系统建模与分析

针对水下无线电能传输系统的数据采集与信息处理开展了系统研究。对于水下的无线电能传输系统,考虑到了复杂多变的水下环境对电能和信息传输产生一定程度的影响。海洋环境会受到温度、压力等一些环境因素的扰动,因此水下电能传输的介质具有不确定性,会对电能发送端和电能接收端的电磁场耦合产生影响,影响到水下无线电能传输的稳定性,导致海水中的无线电能传输系统的传输功率和传输效率发生改变。为此需要对水下的海洋环境信息进行实时采集,并分析对水下无线电能传输系统的电路参数和传输效率产生的影响。搭建了基于多种传感器的信息搜集与处理系统从而实现实时海洋数据采集,有效解决了水下数据的获取问题,提高了数据采集和数据处理效率。研究了海水的相对磁导率、电导率以及相对介电常数等系统信息和能量传输的影响规律,重点分析了温度和压力对无线电能传输的影响。     

无线电能传输系统谐波分析

基波近似法(FHA)在松耦合无线电能传输(WPT)系统中得到了广泛的应用。然而,由于强耦合系统中存在高次谐波分量,FHA会影响分析精度,因此提出了强耦合WPT系统的精确分析方法,推导了考虑谐波分量贡献的输出表达式。仿真和实验结果均验证了该方法的有效性。     

基于电容阵列的磁共振式无线电能传输系统的优化调谐

在实际运行时,由于高频电路杂散电感、电容与环境变化等因素的影响,磁共振式无线电能传输系统的传输线圈参数常会发生漂移,从而影响系统的传输效率和传输功率。首先根据系统模型的仿真分析得到发射端电流峰值与系统对称度的关系,以此设计一种优化匹配的方法和电路,使得发射端电流峰值自适应跟踪调节,使系统性能达到优化匹配。实验验证了该方法的有效性,相比于失谐状态,所提方法可以大幅度提高传输效率,同时降低了系统对杂散电感、电容、环境变化等因素的敏感性。     

无线电能传输系统的研究与设计

本文详细介绍了Qi标准给出的无线电能传输系统基本配置,设计了基于无线电能传输技术的无线电能发射电路、无线电能接收电路、通信与控制电路。测试结果表明,设计的简易无线电能传输系统在短距离内可以实现稳定的电能传输,为进一步研究大功率远距离无线电能传输技术及其可靠性奠定了技术基础。     

无线电能传输中能量与信息的优化研究

目前已有的研究无线电能与信息同时传输系统的文献大多只关注实现的具体方法,对于无线电能传输系统中信息与能量的关系,以及两者之间的优化方案还研究得不够深入。通过无线电能与信息传输系统中信道容量和传输效率的表达式,得到了当输入功率和输出功率受限时,信道容量的优化方案。在此基础上,进一步提出了当信道容量受限时传输效率的优化问题以及当传输效率受限时信道容量的优化问题。     

小功率无线电能传输系统研究

无线电能传输技术因其突出的优势在近年来得到很大发展。本文首先从几类无线电能传输技术的背景、研究现状和原理入手,建立了能量传输的模型,研究了它们的主要作用原理,比较了它们的优缺点。然后选取电磁感应式和谐振耦合式两种技术设计了两种小功率无线电能传输系统。最后基于实验结果和数据,分析、研究了系统的能量传输特性。