传统的无线电能传输技术主要面向单向能量传输,随着无线电能传输技术应用领域的拓展,迫切需要双向无线电能传输(bidirectional wireless power transfer,BWPT)技术以实现无线充电设备间的能量交互。首先简述BWPT系统的基本工作原理,主要...
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传统的无线电能传输技术主要面向单向能量传输,随着无线电能传输技术应用领域的拓展,迫切需要双向无线电能传输(bidirectional wireless power transfer,BWPT)技术以实现无线充电设备间的能量交互。首先简述BWPT系统的基本工作原理,主要从BWPT系统的典型双向变换拓扑、谐振网络、同步控制技术、功率控制策略、软开关运行及其应用场景等方面论述其研究成果,分析电容式双向无线电能传输系统的发展现状和该技术亟待解决的关键问题,最后对BWPT系统未来值得关注的研究方向进行展望。
为了提升LCC-LCC型双向无线电能传输系统(LCC-LCC compensated bidirectional wireless power transfer,DLCC-BWPT)的运行效率,该文提出一种基于复合控制的DLCC-BWPT软开关优化控制策略,实现全工作范围内的零电压开关(zero voltage swit...
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为了提升LCC-LCC型双向无线电能传输系统(LCC-LCC compensated bidirectional wireless power transfer,DLCC-BWPT)的运行效率,该文提出一种基于复合控制的DLCC-BWPT软开关优化控制策略,实现全工作范围内的零电压开关(zero voltage switching,ZVS)。根据BWPT电路的开关规律,分析DLCC-BWPT的基础模态及其离散时间数学模型。在此基础上,对复合控制下DLCC-BWPT的所有工作模态进行分析与定义。结合模态分析和BWPT充放电特性,确定开关管ZVS条件和模态选取原则,分别推导恒流充电、恒压充电、恒流放电工况下的最优控制曲线,提出全工作范围内的ZVS优化控制策略。最后,搭建实验平台,在不同工况下验证所提优化控制策略对于提升DLCC-BWPT运行效率的可行性与有效性。
磁耦合谐振式双向无线电能传输(Bidirectional Wireless Power Transfer,BWPT)技术是近年来兴起的中距离无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术,BWPT技术不仅具有WPT技术的安全性和便利性,而且还可以实现电能的双向传递,在未...
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磁耦合谐振式双向无线电能传输(Bidirectional Wireless Power Transfer,BWPT)技术是近年来兴起的中距离无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术,BWPT技术不仅具有WPT技术的安全性和便利性,而且还可以实现电能的双向传递,在未来的可穿戴设备等互动场合具有广阔的应用前景。但是BWPT系统的恒功率传输以及线圈参数优化等方面都未进行深入的研究,因此,本文对BWPT系统实现过程中的关键技术展开研究,包括以下几个方面:(1)本文根据BWPT系统的工作原理,建立了等效电路模型,对比分析了多种谐振拓扑结构,最终选用结构简单、易于调谐的S-S型(串联-串联耦合结构)作为本设计的谐振结构。(2)为了实现BWPT系统高效率、恒功率传输,本文提出了一种基于增量式PID算法的自适应控制策略,通过2.4 GHz无线收发模块实现输出功率的实时反馈,动态调整发射端的有效电压,从而保证输出功率的恒定。(3)电磁耦合线圈作为磁耦合谐振式BWPT系统电能传输的核心器件,其互感系数以及磁场强度分布难以估算,对系统的设计造成不小的困难。本文通过电磁场分析软件Maxwell3D对BWPT系统的电磁耦合线圈进行了仿真分析,从空间磁场分布的角度出发,建立了收、发线圈的3D模型,分析不同截面积、不同偏移状态、不同形状的电磁耦合线圈,得到相关参数,以指导设计过程中线圈参数的优化。(4)作为验证,本文搭建了一个完整的BWPT系统样机,包括STM32控制电路、栅极驱动电路、全桥变换器等。给出BWPT系统的软、硬件的设计过程。实验测试结果表明,该样机可以在轴向距离为5 cm、横向偏移为4 cm和角度偏移为60°的范围内实现4 W的恒功率输出,最高传输效率可达66.17%,证明了本文所提出的基于增量式PID算法的恒功率控制策略有效性,也进一步验证了BWPT技术的可行性和实用性。
在无线电能传输技术领域中,双向无线电能传输（Bidirectional Wireless Power Transfer,BD-WPT）技术不但具有单向无线电能传输技术的安全可靠与灵活便捷的优点,还可以在电动汽车作为柔性负载和分布式储能设备时实现对电网侧电能的削峰...
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在无线电能传输技术领域中,双向无线电能传输（Bidirectional Wireless Power Transfer,BD-WPT）技术不但具有单向无线电能传输技术的安全可靠与灵活便捷的优点,还可以在电动汽车作为柔性负载和分布式储能设备时实现对电网侧电能的削峰填谷,并提高与电网的互动性,具有重要的社会经济意义。然而BDWPT技术的成熟应用,仍然存在着系统的控制技术难以实现、补偿元件电压电流应力大、软开关运行难的问题。针对以上问题,本文主要从系统控制策略的优化和补偿网络参数的优化设计,这两个方面进行研究。其主要研究内容如下:首先利用电路理论分别对S-S型、LCL-LCL型、LCCL-LCCL型补偿拓扑结构的BD-WPT系统进行模型分析推导出系统传输功率与效率公式,并对以上三种拓扑结构的BD-WPT系统在电路开路工况、副边侧短路工况下的安全性及系统传输性能分别进行对比分析,得出LCCL-LCCL型补偿拓扑结构的系统安全性高、传输性能好,更适合于BD-WPT系统。然后,以对比分析得出的磁耦合谐振式LCCL-LCCL型BD-WPT系统为研究对象。本文在双重移相控制策略的基础上,采用一种双重移相优化控制策略,通过控制并优化功率相位角的范围,实现对系统的有效控制,解决了该系统中存在的恒功率传输、功率流方向转换及大小调节、同步运行控制技术难以实现的问题。并利用Simulink软件搭建出双重移相优化控制策略下的BD-WPT系统仿真模型,其仿真结果表明,该双重移相优化控制策略具有有效性好、可操作性强、控制结构相对简单的优点;针对该系统运行时存在补偿元件电压电流应力大、软开关运行难的问题,本文设计了补偿网络参数优化方案,得到补偿元件电压电流应力大小仅与副边侧并联补偿电容的取值有关和系统在低电压电流应力下的软开关运行仅与副边侧串联补偿电容的取值有关的规律,并对补偿网络参数优化后的系统模型进行仿真分析,仿真结果证明了理论分析的正确性;考虑到耦合线圈参数和主要影响因子中的负载电阻、耦合系数、频率对系统传输性能有着至关重要的影响,分别进行了耦合线圈仿真分析和系统传输特性分析并得出相应结论。最后,根据系统的电路设计,搭建出一套静态谐振式双向无线电能传输装置。在误差允许的范围内,其实验结果与理论、仿真分析基本相一致,验证了本文所采用的双重移相优化控制策略和补偿网络参数优化设计方案的可行性与正确性。
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