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电源学报 2024年第S1期 236-245页

作者：蔡韶波张新燕李弘昌杨涵棣支前进新疆大学电气工程学院

基于脉冲密度调制PDM(pulsedensitymodulation)的双边协同控制使得无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统在耦合系数和负载阻抗变化的情况下能够保持最大效率传输，但是在系统启动及电池恒流恒压充电切换时会产生远高于额定值... 详细信息

基于脉冲密度调制PDM(pulsedensitymodulation)的双边协同控制使得无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统在耦合系数和负载阻抗变化的情况下能够保持最大效率传输，但是在系统启动及电池恒流恒压充电切换时会产生远高于额定值的电流/电压超调。为了解决超调问题，保证电池充电稳定性，提出了一种抗饱和控制策略。首先，基于WPT系统的等效电路模型分析最大效率点跟踪的工作原理；然后，结合WPT系统两侧控制量的协同工作过程，解析系统启动及电池恒流恒压充电切换时的超调现象，给出恒流恒压控制器设计方法，将反计算抗饱和算法与控制器设计相结合，提出抗饱和控制策略；最后，搭建了仿真模型，验证所提出的抗饱和策略能够有效抑制控制器饱和导致的超调，减少系统到达稳态的时间，降低电流/电压的超调带来的元器件应力。

关键词：无线电能传输抗饱和双边协同控制最大效率点跟踪恒流恒压充电

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电动汽车双LCC无线充电系统参数优化及控制策略研究

电动汽车双LCC无线充电系统参数优化及控制策略研究

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作者：孙舒瑶山东大学

学位级别：硕士

磁耦合谐振式无线电能传输技术(Magnetically coupled resonant wireless power transfer,MCRWPT)具有传输距离远、效率高、抗偏移能力强等优势,被广泛应用于电动汽车无线充电等大功率场景。本文针对双LCC型电动汽车MCRWPT系统进行研究... 详细信息

磁耦合谐振式无线电能传输技术(Magnetically coupled resonant wireless power transfer,MCRWPT)具有传输距离远、效率高、抗偏移能力强等优势,被广泛应用于电动汽车无线充电等大功率场景。本文针对双LCC型电动汽车MCRWPT系统进行研究,建立参数偏移模型与功率变换器损耗模型作为基础,以改善输出特性为目标,从补偿网络滤波特性、电路参数、磁耦合机构、双边协同控制策略等方面进行设计与优化,为实现高抗偏移能力的系统参数设计提供思路,主要工作如下:针对高阶双LCC型补偿网络进行理论分析。首先,通过建立S-S、LCC-S、双LCC等三种典型补偿网络结构互感等效模型得到对应的输出特性并针对电动汽车大功率充电系统对比适用性,选择双LCC型补偿网络;其次,定义电压干扰比以比较双LCC结构各阻抗回路滤波特性,提出改进型LC-双LCC补偿网络结构来进一步提高滤波性能,减小输入端无功引入;再次,将频率稳定性进行对比分析,建立改进型电路网络输入端总谐波畸变与无功功率的数学表达式,确定LC环节设计方法。补偿网络参数偏差建模与参数优化设计。首先,针对实际无线充电系统补偿网络电路电感、电容元件存在的误差,将参数偏差引入电路模型中,通过模型推导得到偏差与各支路电流幅值、相位角以及输出特性的关系,同时引入阻性偏差修正项,建立考虑参数偏差时各器件的电压应力、电流应力表达式;其次,以功率随参数偏差的变化率最小为原则,同时考虑器件电压应力与电流应力以及实现ZVS时输入感性的约束条件,以原边、副边补偿电感为优化对象进行参数设计,得到电路参数优化思路;最后,通过分析磁耦合机构原边与副边线圈面积比及形状对位移特性的影响,对磁耦合机构进行优化设计。研究基于BP神经网络的双边协同控制策略。首先,针对原、副边对称的系统结构采用双重移相控制方式以实现输出功率最大,建立功率变换器损耗模型,并代入输出特性的分析中,分析电压比变化、磁耦合机构出现相对位移情况下两边移相角对功率与效率的影响;其次,结合移相角与输出特性关系的分析设计针对MCRWPT系统的双重移相控制策略,实现高效率双边协同控制;最后,实现基于BP神经网络PID参数自适应的整流器移相角控制方式,实现输出稳定的闭环控制。搭建实验平台验证电动汽车MCRWPT系统分析的合理性与有效性。首先,介绍实验平台组成,列出磁耦合机构以及补偿电路网络关键参数;其次,对系统补偿网络的滤波特性进行实验,证明新型LC-双LCC补偿网络更优的滤波性能;再次,对优化设计后的参数进行实验,验证在系统工况变化下输出的稳定性,在11kW的输入下输出功率最高达到10.3kW,效率达到92.96%;最后进行控制实验,介绍了驱动板的原理图,验证系统可实现扰动下的快速闭环响应,实现在负载发生变化时副边整流电路的闭环恒压控制。

关键词：无线电能传输电动汽车 LC-双LCC结构参数偏差建模双边协同控制

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