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一种具有中继单电容耦合器的高失准容忍度SCC-WPT系统用于无人机无线充电应用
A High Misalignment Tolerance SCC-WPT System With Relay Single Capacitive Coupler for UAV Wireless Charging Applications
| 作者 | Xingchu Lv · Xin Dai · Fengye Yu · Xiaofei Li · Heshou Wang · Yue Sun |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 单电容耦合无线电能传输系统 无人机无线充电 中继板 抗偏移性能 恒压输出 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种用于无人机(UAV)无线充电应用的单电容耦合无线电能传输(SCC - WPT)系统。通过利用无人机固有的停机坪作为中继板,实现了恒定电压输出。此外,本文详细介绍并分析了SCC - WPT系统电路,该系统在水平和旋转情况下均能有效实现较强的抗偏移性能。研制了实验样机,实验结果验证了该系统不仅能在极强的偏移条件下(当系统的接收器放置在中继板<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">xOy</i>平面的任意位置或旋转360°时)保持稳定的输出电压,而且在负载变化时也能实现恒定输出电压。实验结果与理论分析高度吻合。
English Abstract
This letter proposes a single capacitive coupled wireless power transfer (SCC-WPT) system for unmanned aerial vehicle (UAV) wireless charging applications. By using the inherent UAV helipad as the relay plate, a constant voltage output is achieved. Furthermore, the SCC-WPT system circuits are well presented and analyzed in this letter, and strong misalignment tolerance performance in horizontal as well as rotational situations can be effectively achieved. An experimental prototype was developed, and the experimental results verify that the system can not only maintain stable output voltage under extremely strong misalignment conditions (when the receiver of the system is placed at any position in the xOy plane on the relay plate or rotates 360°) but also achieve constant output voltage when the load changes. The experimental results greatly agree with the theoretical analysis.
S
SunView 深度解读
从阳光电源新能源业务布局来看,这项基于单电容耦合的无线充电技术具有重要的战略参考价值。该技术利用无人机停机坪作为中继板实现恒压输出,在极端错位条件下(水平任意位置、360°旋转)仍能保持稳定充电性能,这一特性与我们在储能系统和电动汽车充电领域面临的实际应用场景高度契合。
从产品延伸角度,该技术可为阳光电源开拓新型应用市场提供技术储备。当前我们在光伏电站运维、储能电站巡检等场景中,无人机已成为重要工具,但续航和充电便利性始终是痛点。这种高容错性的无线充电方案若能与我们的储能系统集成,可构建"光储充"一体化的无人机自主运维解决方案,提升电站智能化水平。更重要的是,电容耦合技术相比传统电磁感应具有更好的电气隔离特性和环境适应性,这与户外光伏、储能场景的防护需求天然匹配。
技术成熟度方面,论文已完成实验验证并实现恒压输出和负载自适应,表明基础原理已被证实,但从实验室到工业化应用仍需跨越功率等级提升、效率优化、成本控制等关键门槛。对阳光电源而言,主要挑战在于:一是如何将该技术扩展至更大功率应用场景(如电动汽车、工程机械等);二是如何与现有逆变器、储能变流器的控制系统协同;三是电容耦合结构的长期可靠性和环境耐受性验证。
建议将此技术纳入前瞻性研发储备,重点关注其在分布式储能充电终端、移动能源装备等细分市场的应用潜力,逐步建立相关专利布局和技术储备。