恒流恒压无线充电系统研究

发布时间：2020-04-29 14:48

【摘要】：随着科学技术的发展,无线电能传输技术受到越来越广泛的关注。相比于有线充电方式,无线充电技术具有方便、安全、环境适用性强等优点,可以很好地解决接触式充电带来的问题。目前储能电池无线充电通常采用恒流与恒压充电相结合的方式,可以避免恒流过充以及恒压欠充。为了快速、稳定地从恒流输出模式切换到恒压输出模式,往往需要原、副边之间的通信以及原边复杂控制方法的引入或者在副边增加直流变换电路,这无疑会增加控制难度以及系统体积。针对这一问题,本文从恒流恒压混合补偿网络设计出发,通过副边切换补偿拓扑来实现充电模式的转换。另外,为了反映副边充电或者运行状态,利用相位调制原理实现信号反向传输。首先,从基本补偿网络和复合谐振补偿网络出发,依据松耦合变压器互感与漏感模型,详细分析了SS、SP、LCL/LCC、S/SP补偿网络的恒流或者恒压输出特性。针对上述补偿网络设计不足,介绍了基于二端口网络的T/S型补偿网络设计过程,可以获得不同的电压或者电流增益而无需改变变压器。其次,针对单负载恒流恒压无线充电系统,设计了两种混合补偿网络,可以实现恒流与恒压输出切换以及零相位角(Zero Phase Angle,ZPA)。详细分析了补偿网络参数设计过程并对补偿网络参数灵敏度进行了推导,同时深入分析了开关动作顺序。另外,为了提高系统传输效率,介绍了零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)的实现方式。通过仿真验证了恒流恒压输出特性,并对其负载特性以及系统传输效率进行了详细的分析。实验结果表明,系统可以实现较好的恒流或者恒压输出且可以平稳地进行补偿拓扑切换。然后,为了同时实现多负载恒流恒压无线充电,设计了原边串联或者LC补偿的无线充电系统。分析了LCL-LC/LCL混合补偿网络的恒流恒压输出特性及其参数设计原则。详细介绍了开关闭合、断开顺序以及补偿参数灵敏度。在考虑外界条件或者元件寄生参数影响时,详细推导了系统传输效率以及负载恒流恒压输出特性。为了实现更好的恒流恒压输出,可以适当提高工作频率。通过搭建两负载恒流恒压无线充电系统平台,对恒流输出、恒压输出以及恒流恒压输出特性进行验证。最后,为了反映副边充电状态,基于恒流恒压无线充电系统ZPA特性,根据相位调制原理,实现了信号的反向传输。从电容并联位置对系统输出特性影响出发,确定恒流与恒压输出模式下电容并联位置。分析了系统输入阻抗角对电容的灵敏度,同时介绍了信号传输速率以及品质因数、负载RL和系统频率对信号传输准确性的影响。实验结果验证了基于相位调制信号传递的可行性。
【图文】：

波形,输出电流,逆变,输出电压

硕士学位论文验波形-28 所示为系统处于 CL-LC 补偿，负载由 10 切换到 20 时，、电流 Ip、输出电流 Io及输出电压 Uo变化曲线。由图可知，在统输出电流可以很好的稳定在 1A 左右（电流用电流传感器进具有恒流特性；另外，，逆变输出电压电流基本同相，实现了 Z终处于完全谐振状态，具有良好的谐振工作频率稳定特性。Uin

电流波形,输出电压,电流波形,逆变

UoIo（a）R=10 （b）R=20 图 3-28 负载突变前后逆变输出电压、电流及负载输出电流波形8 Waveforms of inverter output voltage, current and load output current befload mutation
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM724

【参考文献】