无线电能传输WPT(wireless power transfer)技术作为一种新型的电能传输方式以其高可靠性、实用性和安全性而备受关注。然而WPT能否替代传统的有线输电而成为通用技术,其最关键的影响因素之一就是传输效率。首先,针对WPT技术对于传输效率优化的迫切需求,系统综述了国内外在磁耦合谐振式WPT研究领域中关于传输效率优化方法的研究进展。然后,对WPT系统的研究进展进行了综述,分别从线圈优化设计、谐振链路改进、频率控制及阻抗调节4个方面,介绍了近年来国内外关于磁耦合谐振式WPT传输效率优化方法的研究进展。最后,对WPT技术传输效率优化研究的未来发展趋势进行了展望。
在磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT(magnetically-coupled resonant wireless power transfer)系统中,线圈作为能量中转的关键环节,其参数的设计决定了系统的传输效率,但目前仍然没有成熟完善的线圈设计方法。将平面螺旋线圈作为研究对象,采用阿基米德螺线方程,建立了精确的数学模型,分析了耦合线圈互感、自感、电阻与线圈几何参数的关系,得到了较为精确的计算方法。通过COMSOL进行仿真验证,在线圈匝间距较小时,各电量计算误差在5%以内。针对给定的限定条件,以线圈传输效率作为优化目标,通过Matlab求解出最优的线圈参数。最后,绕制实际的线圈并由实验测得其最大传输效率超过95%,证明了线圈设计方法的合理性。
针对港口RTG(rubber tyre gantry)已有滑触线式供电系统,设计改造为无线电能传输系统。考虑负载所需输入特性,采用LCC-S&S谐振拓扑实现恒压输出。根据RTG工作特性,将动态供电问题简化为准静态供电问题。由于RTG存在停靠偏移的情况,选取DDQ(double-D-quadrature)线圈结构作为耦合机构;考虑RTG高度变化,线圈间距在8~12 cm范围内变化,通过磁耦合机构设计,使输出电压始终保持在工作范围内。最后,搭建了1 kW样机系统,考察横向抗偏移特性,线圈横向最大偏移为40%,效率保持在90%以上。实验结果表明设计方案可行有效。
为回收利用交流电气化铁路列车产生的再生制动能量,研究了再生制动能量管理及控制系统。提出一种基于牵引负荷状态的能量综合管理策略,以牵引变压器两供电臂负荷功率为信息载体表示系统的不同工作模式,多种工作模式可相互切换。在混合储能装置内部功率分配中,通过引入锂电池荷电状态SOC(state of charge)及超级电容中间调节电压,保证了储能单元能够根据各自储能特性运行。设计了铁路功率调节器RPC(railway power conditioner)变换器和储能接口双向DC/DC变换器的控制算法。仿真结果表明该系统的正确性和有效性。
高效、准确、可重复地提取功率半导体器件的温度特性并构建其热阻抗模型,对于电力电子系统的可靠性研究和热设计具有重要意义。为有效提取功率半导体器件的热阻抗特征参数,结合现有功率半导体器件热阻抗测试相关国际标准,提出了一种新型热阻抗测试系统及控制策略,通过使用数字信号处理器DSP(digital signal processor)控制器及温控散热器共同实现了高效准确的热阻抗测量,并且实现了测试过程的自动化。搭建实验样机,验证了测试系统及控制方法的有效性和可重复性。
针对新能源汽车动力锂电池组的不一致性问题,较多研究基于电池组不一致性的外部表现建立控制策略,如电压均衡、SOC(state of charge)均衡等。通过分析电池组产生不一致性的根本原因,结合电池内、外部影响因素的耦合关系,提出了基于老化率和SOC的双目标混合均衡控制方法,同时实现了老化和SOC的均衡。老化均衡实现了各单体电池在不同工况下的寿命衰减程度达到一致,使得电池的不一致性从根源上得到改善;SOC均衡进一步避免了不一致性的扩大,最大限度的发挥动力电池的性能。最后,以4个单体串联的电池组为例在Matlab/Simulink中搭建了均衡电路仿真模型,通过与单目标SOC均衡比较,验证了所提均衡方法的有效性。