基于补偿网络电流分析的恒压恒流无线充电系统

为了避免民用飞机机载设备与电源插拔过程中带来电火花的危险,并提高设备充电的便利性,本文采用无线充电方式为其进行供电。在恒压恒流无线充电系统中,补偿网络支路电流大小不仅决定功率器件成本,也与系统损耗直接相关。因此,对补偿网络电流优化,是实现高效无线电能传输的重要途径。本文首先分析了低阶网络的回路电流关系,得到了回路电流最小的条件,进一步推广到高阶网络,获得最优补偿网络电流一般性方法。其次,在分析原副边完全对称补偿网络具有实现恒压或恒流的基础上,得到一系列恒压恒流拓扑,并结合最优补偿网络电流方法对拓扑进行参数设计,同时采用原边电流检测方法进行恒压恒流切换,避免了原副边之间的通信。最后,通过仿真和实验验证电流优化方法和负载无关实现方法,结果表明,所述拓扑具有很好的恒压恒流输出特性,同时电流优化方法能大幅度减小回路电流应力,从而提高系统传输效率。     

基于双边LCL与LCC混合补偿的电动汽车恒流恒压无线充电系统的研究

为延长无线充电汽车中蓄电池的使用寿命,提高充电效率和速度,满足电池充电的过程先恒流充电到一定电压后再恒压充电的要求,本文从电路的本质属性出发,分析了双边LCC恒流输出和双边LCL恒压输出特性,研究了对电池恒流恒压充电的方法,并且设计了在切换状态后,可以保持输出电流和电压处在同一个谐振频率位置的充电电路.在Simulin...     

三线圈恒流恒压变频无线充电系统设计

与传统的电动自行车电池充电方式相比,无线电能传输(WPT)系统具有方便、安全等优点。结合电动自行车电池的应用需求,在此提出了一种基于三线圈结构的WPT系统,以实现理想可靠的恒流输出和恒压输出。通过对三线圈系统参数的设计,变频实现恒流和恒压状态的转化。并通过合理地选择补偿元件参数,可以在恒流和恒压两种模式下获得与负载无关的零相角恒流和恒压充电特性。最后,通过搭建4.6 A充电电流和56 V充电电压的实验,验证了该方法的可行性。     

基于发射侧T/F变结构补偿网络的恒压/恒流无线充电系统

随着新能源产业的迅速发展,锂电池以其优越的性能得到市场的青睐.为满足锂电池充电过程中对恒流和恒压的实际需求,提升充电的灵活性与安全性,该文提出一种基于发射侧T/F变结构补偿网络的恒压/恒流无线充电系统.首先剖析在不同电源输入工况下串联-串联(S-S)型补偿网络的基本输出特性,同时结合高阶补偿网络的构造机理,借此衍生出适...     

基于单管电路的恒流恒压无线充电系统研究

针对目前单管逆变无线电能传输(IPT)系统无法通过开关频率的切换实现由恒流输出(CCO)到恒压输出(CVO)转换的问题.该文提出一种用于单管电路(SSC)的P-CLCL补偿网络.所提P-CLCL高阶恒流恒压补偿网络可使单管电路在开关频率为fCC时输出恒流,在开关频率为fCV时输出恒压,解耦了输出与负载的关系.该文还利用互感等效模型对系统进行建模,并分析该补偿网络在恒流输出及恒压输出时需要满足的电路参数条件;利用傅里叶分解详细给出一套适用于单管电路的等效不对称输入电压源波形的分析方法;在综合考虑零电压开通(ZVS)的实现、软开关裕度、开关管耐压大小的情况下,利用"Mathcad"画图的方法给出一套一次侧补偿电容的设计流程.最后,搭建一台25.2W的P-CLCL实验样机,通过仿真和样机的开闭环实验验证了理论分析的正确性.     

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。     

LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电

针对电动汽车无线充电线圈偏移造成充电电流不稳定和效率低的问题,提出基于参数优化的LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电设计方法.建立LCC和LC补偿网络的数学模型,分析二者电流输出特性,得到LCC输出电流与互感呈正相关,LC输出电流与互感呈负相关.采用DDQ线圈结构,解决初级、次级线圈同侧解耦及异侧解耦控制,实现LC...     

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...     

抗偏移混合拓扑恒流无线充电系统研究

针对电动汽车无线充电系统因偏移导致充电效率降低的实际问题,提出一种新型强抗偏移的恒流无线充电系统。首先,在磁耦合设计上,引入DDQD大解耦线圈有效减缓X、Y两方向偏移耦合系数衰减,通过与DDQ线圈的对比体现所提出的DDQD线圈在抗偏移方面的优越性。然后,在补偿拓扑设计上,通过DDQD线圈将随耦合系数呈不同变化趋势的LCC拓扑和LC拓扑进行串联,使输出功率变化平缓,进一步提高了系统的抗偏移能力,并且使系统具有恒流输出特性。最后,通过仿真实验验证了该方案的有效性,在磁耦合机构发生偏移时,减缓了无线充电系统的线圈耦合系数和传输效率的下降程度,具有一定的现实意义。     

A four-coil structure wireless power transfer system with constant current and constant voltage charging: Analysis,design, and experiment

Wireless power transfer (WPT) technology can transmit power through high-frequency magnetic fields, which is safer and more flexible than conventional conductive charging method. The WPT systems for charging lithium batteries need to meet the charging function of first constant current (CC) and then constant voltage (CV). In addition, to avoid reactive power loss, the input impedance of the system is preferably purely resistive, that is, to meet the zero phase angle (ZPA) condition. In view of the above problems, this paper proposes a four-coil structure WPT system based on dual-frequency switching method to realize load-independent CC and CV charging outputs at two fixed ZPA frequency points, respectively. It is worth noting that there is only one compensation capacitor on the receiving side, which ensures the compactness and portability of the receiving side of the WPT system. An experimental prototype with charging current of 2.2 A in CC mode and charging voltage of 28 V in CV mode is established to verify the correctness and practicality of the proposed four-coil structure WPT system. The experimental results are basically in good agreement with the theoretical analysis.     

电动汽车无线充电系统中弯道互感优化研究

针对采用感应耦合电能传输技术的电动汽车无线充电过程中,汽车内部的能量拾取线圈在转弯过程中互感下降问题,提出使用内嵌入圆形线圈进行补偿,并通过遗传算法、理论推导和仿真验证,得到了补偿线圈最优化匝数和统一规格参数。通过搭建COMSOL Multiphysics平台、MATLAB/Simulink平台结合的仿真平台和实物实验平台,实验数据证实：在转弯时采用内嵌圆形线圈进行补偿,优化补偿后互感波动保持在±0.4%左右,由于互感波动的平稳,使得电动汽车能量拾取系统电压优化补偿后波动为3.6%。     

基于变结构补偿网络的WPT恒流/恒压充电系统

针对电动汽车充电无线电能传输(WPT)系统的网络补偿技术,研究了一种LCC-LCC/S型变结构补偿网络.通过开关控制,能够将松耦合变压器的原/副边补偿网络由恒流源-恒流源特性,切换为恒流源-恒压源特性,从而实现变化负载工况下的恒流或恒压输出,用以满足动力电池的充电需求.针对变结构切换过程中硬开关能量冲击导致的高电压应力...     

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。     

电流互感器三维磁场分析与互感计算

用三维有限元方法分析计算了几类电流互感器的三维磁场和互感系数.采用有限元商用软件包Ansoft,基于能量摄动法计算得到罗氏线圈、含线性铁心电流互感器以及含非线性铁心电流互感器在不同参数下的互感系数,并进一步分析得到其变化规律.该方法简单易行,可用于计算规则、不规则形状电流互感器电感参数.对于圆形和矩形罗氏线圈,有限元法...     

基于逆变侧定电压控制的HVDC系统稳态和暂态响应特性研究

为测试逆变侧采用定电压控制和定关断角控制对直流输电系统稳态和暂态性能的影响,在CIGRE高压直流标准测试模型原有控制系统中增加了定电压控制模块,即整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定电压、定电流和定关断角控制相互配合的控制方式。在PSCAD/EMTDC仿真平台中对其整流侧和逆变侧三相短路故障下的控制器特性进行了稳态及暂态仿真分析,并与相应的CIGRE标准模型暂态响应特性进行了对比。结果表明逆变侧增加定电压控制方式能够提高直流输电系统在交流故障扰动下的性能,减少换相失败的发生几率。     

基于电感辨识的内置式永磁同步电机电流模型预测控制

为了开发内置式永磁同步电机的电流模型预测控制算法,针对被控对象模型的非线性特点在控制器的设计过程中通过扩张转速相关状态的方式获得线性的预测模型,将d-q坐标系下的定子电压和电流的二次不等式形式的约束用一系列的线性不等式来近似以简化预测算法的复杂性,由此把该模型预测控制问题转化为线性约束系统的多参数二次规划问题,通过离线求解获得全部最优控制状态反馈规律,解决了传统模型预测控制算法在线计算量大的问题.同时考虑到参数的时变特性,采用带遗忘因子的递推最小二乘法对交直轴电感参数进行在线辨识,将辨识结果用于扩张状态的参数和目标控制电压的计算中,提高了该电流控制器的鲁棒性.     

锂离子电池恒流充电的温度及产热特性分析

基于COMSOL-Multiphisics仿真软件,考虑电池表面辐射换热,建立18650磷酸铁锂电池的准二维电化学-热耦合模型,搭建充电测试平台验证模型准确性,研究不同充电倍率下锂离子电池的温度特性,重点分析不同类型产热占比、不同区域产热占比、正极产热和负极产热情况.结果表明:随着充电倍率的增加,电池表面平均温度显著升...