华南理工大学科研团队提出一种新型感应式耦合电能传输系统

松耦合变压器与补偿电路的参数一旦确定，感应式耦合电能传输变换器固有的电流源特性便无法改变，电压源特性也同样固定不变，因此输出电压电流的范围受到限制开yunapp体育官网入口下载手机版，实际应用中存在明显不足。

华南理工大学智能工程学院的黄智聪、邹博维、黄振威在2022年第24期《电工技术学报》发表了文章，阐述了他们设计的一种基于单变换器的功率型ICPT系统，并对其构造和控制方式进行了深入分析。与电流源或电压源型ICPT系统相比，功率源型ICPT系统具有更宽广的输出区间，能够适配多种规格的电池模块或超级电容进行充电。

华南理工大学

非接触式能量感应传输是一种前沿科技，能够实现电能的无线传送。这种传输方式无需任何实体接触，依靠松散的磁感应连接，将能量从系统这边传递到那边。因为传输端和电源端没有直接的电流连接，没有外露的金属连接件，所以杜绝了电火花和触电可能，也不受天气状况变化的影响，安全性更高，更加稳定。这样一来，它的可能用途非常广泛，涵盖了日常用品的电力补充、医疗仪器的供电、水下的能量传输以及新能源汽车的充电等多个方面。

关于ICPT变换器输出特性的探讨，国内外许多研究者从补偿电路角度入手，以实现稳定或接近稳定的电压放大倍数、电导、电阻或电流放大倍数为目的，从而让ICPT变换器具备类似电流源或电压源的输出能力，并且不会受到负载变动的影响。不过，一旦松耦合变压器和补偿电路的参数确定下来开元ky888棋牌官方版，ICPT变换器本身所具有的电流源和电压源输出特性就无法再调整。

ICPT在恒流或恒压输出模式下，其最大电压或电流值受额定功率制约，具体表现为图1a和图1b中的阴影部分。当负载发生变动时，必须配置额外的初级或次级转换装置以调整功率输出。然而，增设的直流变换器会引发损耗增大、空间占用增多及成本上升等问题，同时硬开关调制的有源整流桥方案也不利于效率提升。若将ICPT变换器重构为功率源架构，并实施恒功率充电策略开元ky888棋牌官网版，则可始终确保最大功率充电状态，如图1c所示。

图1 ICPT变换器的V-I输出特性曲线示意

在ICPT系统中，恒流输出或恒压输出受额定功率限制的问题，华南理工大学智能工程学院的黄智聪、邹博维、黄振威在2022年第24期《电工技术学报》中进行了研究，他们提出并分析了采用单变换器功率源型ICPT系统的构建方案及其控制策略。功率源式的ICPT系统，输出幅度比电流源或电压源式的更大，可以匹配多种电池模组，也适合给超级电容充电。

科研人员先阐述了主回路的构造方式，可编程恒功率无线传输装置的运作机制如图2所示。该ICPT装置的一次端运用了LCC补偿技术，二次端串联了开关控制电容（SCC）以及半控整流桥（SAR）。运用数学方法建立模型，深入探究其运作机制，明确该装置的功能表现。

其次，科研工作者还构想了一种二次侧联合调控的运作方式，借助操控可控电容的控制方位和半控整流桥的导通方位，当负载情况波动时，设定二次侧等值负载电阻达成可设定恒定功率输出。这种调控模式依托于固定作业速率与二次端即时修正，无需借助无线回传通讯。这个变换器级ICPT系统的开关器件一直处在软开关状态，因此降低了开关方面的能量损失。

最终，科研工作者对所开发单变换器级功率源型ICPT系统实施了模拟检测，同时开展实验测试，证实了其有效性。

图2 可编程恒功率无线传能系统的原理

研究人员通过仿真及实验结果表明：

该系统采用可编程的恒功率输出方式，不同于传统的恒流或恒压ICPT系统，这种设计增强了设备的通用性，能够适配多种规格的电池模组以及超级电容进行充电。

提出的一种二次侧协同控制方式，其核心在于调整可控电容的控制角度和半控整流桥的导通角度，这种操作方式的优势在于不受负载传输特征的影响，并且能够实现系统零相角的运行特性，此外，该控制方案以固定工作频率为基础，同时进行二次侧的实时调整，因此无需借助无线反馈通信进行信息传递

这个变换器级 ICPT 系统的开关元件一直运行在软开关状态，降低了开关方面的能量损失，提升了系统整体的运作效能。

该系统选用单级构造，无需增设级联DC-DC变换器，因此能够避免由此产生的额外功率损失和空间占用，从而有助于削减整体设计开支，并提升运行效能。

团队介绍

黄智聪博士

这篇文章摘自2022年24卷《电工技术学报》，文章题目是“以可控开关电容和半控整流桥为基础的功率型感应式电能传输系统”。这项研究工作获得国家自然科学基金、广东省自然科学基金以及广州市基础研究计划的资助。