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具有高错位容忍度的AUV无线充电三耦合双LCC补偿网络
Tri-Coupled Dual-LCC Compensation Network for Wireless Charging of AUVs With High Misalignment Tolerance
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1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 | 感应电能传输 双LCC补偿网络 恒压输出 线圈参数优化 实验验证 |
语言:
中文摘要
感应电能传输(IPT)技术因其广泛的应用范围而备受关注,其中包括自主水下航行器(AUV)的无线充电。在充电过程中,即使AUV出现耦合失准的情况,IPT系统也需要提供稳定的输出功率。本文提出了一种基于三耦合线圈结构的双LCC补偿网络,以在失准和负载变化的情况下实现恒压(CV)输出。初级侧由三个与次级线圈耦合的输电线圈组成,线圈之间的互感会显著影响输出功率。通过优化线圈参数,该系统可以实现较宽的失准容限和稳定的CV输出。建立了数学模型,并获得了零电压开关(ZVS)特性。搭建了一个160瓦的样机来验证所提出系统的有效性。实验结果表明,该系统的输出电压既实现了负载无关性,又具有较高的失准容限。在归一化轴向位移为0.7、径向位移为0.8的情况下,输出波动保持在5%以内,功率效率为91.14%。
English Abstract
Inductive power transfer (IPT) technology has gained significant attention due to its broad range of applications, including wireless charging of autonomous underwater vehicles (AUVs). During the charging process, an IPT system needs to provide stable output power, even when the AUV experiences coupling misalignments. This article proposes a dual-LCC compensation network based on a tri-coupled coil structure for achieving a constant voltage (CV) output under misalignments and load variations. The primary side consists of three power transmission coils coupled with the secondary coil, and the mutual inductance between the coils can significantly affect the output power. By optimizing the coil parameters, the system can achieve a wide misalignment tolerance and stable CV output. A mathematical model is established, and zero voltage switching (ZVS) characteristic obtained. A 160-W prototype is built to verify the effectiveness of proposed system. The experimental results show that the system output voltage achieves both load independence and high misalignment tolerance. Under normalized axial displacement of 0.7 and radial displacement of 0.8, the output fluctuation remains below 5% at 91.14% of power efficiency.
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SunView 深度解读
从阳光电源新能源业务布局来看,这项针对水下自主航行器(AUV)的无线充电技术具有重要的战略参考价值。该技术采用三耦合双LCC补偿网络,在高位置偏移容忍度下实现稳定恒压输出,其核心技术理念与我司在储能系统和电动汽车充电领域的技术方向高度契合。
从技术成熟度评估,该方案已完成160W原型验证,在轴向偏移0.7、径向偏移0.8的极端工况下,输出波动仍控制在5%以内,功率效率达91.14%,并实现零电压开关特性。这种抗偏移能力对我司电动汽车无线充电业务具有直接借鉴意义。当前车载无线充电面临的核心痛点正是停车位置精度要求高,该技术的高容错设计思路可有效降低用户使用门槛,提升产品竞争力。
对于储能系统集成应用,该技术展示的多线圈耦合优化方法论可延伸至模块化储能单元的无线能量管理。特别是在分布式光储系统中,若能实现设备间的无线功率传输与均衡,将显著简化系统布线复杂度,提高安装灵活性和运维效率。
技术挑战主要体现在功率等级提升方面。从160W到我司主营的kW至MW级应用存在量级跨越,需要重点攻克大功率下的磁耦合设计、热管理和电磁兼容问题。此外,水下应用场景的密封防护技术与地面应用差异显著,需要针对性转化研究。
建议我司技术团队重点关注其LCC补偿网络的参数优化方法和抗偏移控制策略,结合现有逆变器技术积累,探索在无线充电桩、移动储能设备等场景的应用可能性,抢占无线电能传输技术的市场先机。