电动汽车动态无线充电关键技术研究进展

电动汽车动态无线充电技术在静态无线充电技术逐渐趋于成熟的情况下渐渐成为静态无线充电技术的重要补充及未来发展方向。文中对国内外学者及研究机构对动态无线充电技术的研究进展做了详细综述,对其未来发展面临的关键技术问题及瓶颈进行了详细分析,主要包括耦合机构、控制策略、电磁兼容等方面,并介绍了针对动态无线充电技术瓶颈问题的前期研究工作。     

农用无人机无线充电系统设计

针对农用植保型无人机作业面积小、滞空时间短的问题,设计了一种基于DSP控制的基站式农用无人机无线充电系统.该系统采用LCC补偿网络,利用磁共振功率传输技术,通过ZigBee模块进行PC机与主控电路的信息交互,实现了农用无人机与基站之间安全、稳定的无线电能传输,输出功率可达到212 W,最大充电效率达到84％.     

互操作电动汽车无线充电系统设计方法

电动汽车无线充电的互操作性是指同一发射端可以匹配不同离地间隙、不同充电功率等级的电动汽车接收端进行安全高效的无线充电。国家标准对电动汽车无线充电的互操作性给出了解释和示范,但如何在不同间隙级别、不同功率等级和不同偏移位置下均实现最优的功率传输效率,是互操作设计的一个难题。针对双边LCC电动汽车无线充电系统,以电动汽车无线充电系统标准GB/T38755.1为参考,提出一个满足工程应用需求的互操作无线充电系统优化设计方法。在满足电感量要求下,优化发射线圈表面磁场辐射的均匀度,以效率为目标优化不同间隙与不同功率等级的接收线圈及其补偿参数。制作了一个满足互操作性的11 kW发射线圈与9个不同充电气隙和功率等级的接收线圈,对设计方法进行了实验验证。     

电动汽车移动式无线充电系统动态建模与特性分析

移动式无线充电系统能够显著减少电动汽车动力电池的携带量,具有广阔的应用前景。文中基于分段式多发射导轨方案,建立了电动汽车移动式无线充电系统的状态空间模型,进而推导出能够描述系统动态特性的小信号模型。搭建了试验平台,利用实际系统参数研究了移动充电过程中系统输出功率和效率的动态变化过程,以及导轨切换开通过程中系统的瞬态特性,并分析了不同切换开通位置对瞬态过程的影响。通过实验对建立的模型和分析得到的结论进行了验证。     

空间无人作业车无线充电系统设计

高效便捷地获取能量是空间无人作业车的必备功能。基于特殊的宇航空间环境,无线充电方式是空间无人作业车补充能量的重要方式。针对空间无人无线充电系统,介绍了当前空间无人作业车无线充电系统的研究现状,建立了LCC/S补偿拓扑以及后置Buck-Boost电路的硬件拓扑,提出了原边移相以及副边DC闭环的双边控制方法,并研制了一台样机。实验结果表明样机可实现恒压恒流指标为22 V/5 A的无线充电,在传输距离为6.5 cm时,系统的最大偏移距离为9.5 cm,最大传输效率88%。     

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。     

分段导轨式动态无线充电系统电压波动性研究

分段导轨式动态无线充电过程中互感波动引起系统输出电压波动,为此采用双极性原边发射线圈和副边双接收线圈以降低充电过程中副边线圈途经导轨交界处的互感波动,保证系统输出电压稳定.首先对分段导轨式动态无线充电系统中2种状态所对应的电路进行建模分析,得出双接收电路的输出特性,接着基于麦克斯韦方程组对磁耦合机构进行优化设计使磁耦合...     

电动汽车动态无线充电紧—强耦合模式分析

针对感应耦合结构近距离、弱偏移,以及谐振耦合式结构易受干扰的问题,提出紧—强耦合协同工作机构。通过建立动态无线充电系统的数学模型,研究其传输特性随品质因数和耦合系数的变化规律。基于有限元仿真,分析了系统的动态传输特性。为提高系统的抗偏移性、降低电磁辐射,在接收线圈装设铁氧体屏蔽结构。通过搭建实验平台对仿真过程进行实验验证,证明了所设计耦合机构的可行性。结果表明所设计的耦合机构具有较高的动态传输性能,并且在85kHz下获得了93.9%的传输效率。     

电动汽车动态无线充电系统集成线圈设计与实验研究

高效性和紧凑性是电动汽车无线充电的两个重要指标,双端LCC补偿网络为无线充电系统提供了一种高效补偿方式,但两个谐振电感导致系统体积和电磁干扰增大,限制了该方法在动态无线充电系统中的使用。为解决该问题,本文提出一种新型集成式电磁耦合机构,将谐振线圈集成到主线圈上,利用3D有限元分析工具ANSYS Maxwell对新型电磁耦合机构进行优化,给出可提供系统高效率的耦合线圈的标准化设计与优化过程。本文在4. 8kW动态无线充电实验平台上,对比分析非集成式动态无线充电系统和集成式动态无线充电系统,验证了新型集成式耦合机构在效率、体积、磁场屏蔽方面具有更大优势。     

适用于分段式动态无线充电的接力方法

按动态无线充电技术设想铺设充电道路,给行驶中的电动汽车不间断地提供电能,为解决动力电池瓶颈问题提供了一种可行途径。为了降低线圈损耗和磁场泄露水平,充电道路采用分段式布局。但是分段式布局使得原边线圈数量增加,需要对原边线圈链供电管理进行实时调控。为此,提出一种基于副边主动激励探测的具有分散控制逻辑的接力方法,保证只对提出无线充电请求的电动汽车下方的原边线圈激励,实现精准定位和局域供电。该方法充分复用了原/副边功率线圈,无需增加额外的传感装置和集中信号线路。主动激励探测电路配置为串—串型补偿网络,并利用其频率分裂特性,增强探测信号强度,避免副边主动激励过流问题。同时设计了合理的接力控制流程,降低探测所需功率,避免原副边同时激励冲突。最后搭建了5∶1缩比尺寸的分段式动态无线充电演示平台,实现8个原边线圈的有效接力,验证了所提接力方法的可行性。     

动态无线充电下电气化交通网-配电网运行机理与协同优化

随着电动汽车渗透率的提高,电气化交通网和主动配电网之间的时空耦合越来越强。在动态无线充电技术下,当交通网和配电网中的一方发生拥堵或拥塞时,双网之间的交互影响可能引发连锁性拥堵-拥塞,对系统的安全性和经济性造成不利影响。结合基于微分变分不等式的交通网动态配流模型和基于混合整数二阶锥规划的配电网多时段交流最优潮流模型,建立交通网-配电网动态时空耦合模型,模拟电动汽车充电负荷和拥塞成本的时空分布。通过交通网-配电网联合运行仿真,深入分析拥堵-拥塞在交通网-配电网之间的传播机理,进而提出主动配电网有功-无功协同优化方案,并研究了有功/无功资源合理配置对优化效果的影响。     

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。     

基于负载位置识别的无线充电系统设计

随着便携式电子产品的日益普及,无线充电技术的应用需求持续增长。文章利用电磁感应原理设计了一种基于负载位置识别、蓝牙通信的无线充电系统,介绍了该系统的硬件、软件设计,并对系统进行功能调试。     

电动汽车移动负载动态无线充电技术

电动汽车相对于传统燃油汽车而言具有环境污染小等优点,但因其续航短、充电站资源紧缺、操作繁琐等而存在发展制约问题.提出了一种新的汽车动态充电技术,其在无线电能传输技术原理的基础上增加了传感器和控制器(开关继电器),可在确保电动汽车充电安全、便捷的前提下,使动态无线电能传输更加高效.     

无线充电设备能量受限的WRSNs周期性充电规划

研究无线充电设备(wireless charging equipment,WCE)的充电能量和行驶能量均有限的情况下使用WCE为传感器节点周期性充电问题。对于每一个充电周期,旨在最大化充电周期时间的同时最小化WCE充电和行驶能量的总消耗值,以最小的WCE能量消耗功率保证无线可充电传感器网络(wireless recharging sensors networks,WRSNs)永久性工作下去。通过分析传感器节点能量约束和WCE行驶及充电约束,建立以最小化WCE能量消耗功率为优化目标的优化模型。充电问题为NP-Complete问题,使用混沌粒子群算法(chaos particle swarm optimization,CPSO)求解优化问题得到WCE充电路径和节点充电时间,并设计了由2种数据路由和3种节点分布类型组合成的6种WRSNs仿真场景,与基本遗传算法(genetic algorithm,GA)对比,其收敛速度至少提升了1倍。     

电动汽车无线充电的启动阶段控制策略

针对电动汽车无线充电系统启动充电时会出现过流的异常情况,为实现系统正常启动充电,文中提出了一种新的启动阶段控制策略。该策略首先基于LC补偿结构的数学模型,分析系统在自谐振频率偏移、位置偏移及电池等效电阻变化情况下出现的过流问题;分析了系统工作频率与逆变器输出相角的关系,并基于MATLAB数值仿真得到系统的最佳工作频率范围与初始启动电压,进而设计了启动过程的PID控制器。该控制器在保证系统实现零电压切换的同时还能抑制系统启动阶段过流。开发了实验室原型机系统,并通过在一组72 V的铅酸蓄电池上的充电实验,验证了所设计控制策略的可用性及优越性。     

电动汽车动态无线充电多接收线圈耦合功率波动性的研究

本文作者以电动汽车动态无线充电系统为研究对象,对功率的波动现象作了深入的研究。首先根据电路理论建立并分析电动汽车动态无线充电系统的不同数学模型,进而探究利用多接收线圈减小功率的波动。其次对多接收线圈动态耦合模型进行有限元仿真,探究动态无线充电过程中的耦合系数以及相关电参数的变化规律。最后根据仿真分析结果搭建电动汽车动态无线充电系统试验平台,分析该模型在动态无线充电过程中的传输功率波动情况。     

基于阿里云的电动汽车无线充电监控系统设计*

使用单片机采集红外热像仪和霍尔电流传感器的数据,然后通过WiFi模块连接互联网将数据上传到阿里云物联网平台,通过手机App监测数据和控制单片机.系统采用STM32F103C8T6单片机实现传感器的数据采集,通过串口发送AT指令对WiFi模块进行联网和连接阿里云物联网平台;使用阿里云物联网平台完成对数据接收和转发;通过手机App监测传感器数据和控制单片机.通过手机App监测电动汽车无线充电的电流大小和充电线圈的范围实时温度,当充电过程发生温度异常时控制继电器断电处理,最终实现了电动汽车无线充电系统的监控.     

一种磁耦合电动汽车无线充电系统设计与实现

电动汽车无线充电(EV-WPT)技术,作为一种新型的充电方式,已成为EV充电技术领域的重要发展方向。基于SAE J2954国际标准,设计与实现了一种3.3 kW磁耦合谐振式电动汽车无线充电系统。首先通过分析无线充电系统的组成及充电过程工作状态,提出了一种磁耦合谐振式EV-WPT系统设计方案,然后针对各组成部分进行了参数设计,最后进行了实验测试。测试结果验证了系统设计方案的可行性及有效性,当传输距离为150 mm时,磁耦合机构传输效率可达89%,EV-WPT系统传输效率可达85%,完全满足SAE J2954标准要求。