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区域耦合增强自解耦全向无线电力传输发射器及其最优效率策略
Regional Coupling Enhanced Self-Decoupling Omnidirectional Wireless Power Transfer Transmitter With Optimal Efficiency Strategy
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial 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 工商业光伏 多物理场耦合 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 全向无线电能传输 发射端结构 自解耦重构方法 最优效率策略 系统效率 |
语言:
中文摘要
全向无线电能传输（OWPT）系统广泛应用于消费电子产品（CEP）、工业机器人、无人探测设备等领域。然而，无定向的电磁能量传输会降低系统传输效率，并增加自由工作空间中的磁场泄漏。此外，现有的控制策略难以同时保证系统的简易性和效率，从而增加了系统的开发和运行成本。本文首先提出了一种具有高效率和低漏磁的新型发射端结构，该结构由三个正交放置的方形线圈组成。此外，一种自解耦重构方法可以进一步挖掘发射端的潜力，并且所提出的最优效率策略可以使空间电磁场均匀化。搭建了一个 100 V/100 kHz 的 OWPT 平台，以验证所设计发射端结构的有效性。实验结果表明，在 90°旋转范围内，系统效率保持在 75.06% - 77.17%，波动率最大降至 7.81%。在平面范围内，效率提高到 86.8%，波动率仅为 4.1%。
English Abstract
Omnidirectional wireless power transfer (OWPT) systems are widely used in consumer electronics products (CEPs), industrial robots, unmanned detection equipment, etc. However, nondirectional electromagnetic energy transfer reduces system transmission efficiency and increases magnetic field leakage in the free working space. Besides, existing control strategies find it difficult to simultaneously ensure system simplicity and efficiency, thereby increasing system development and operating costs. In this article, a novel transmitter structure with high efficiency and low-leakage flux has first proposed, consisting of three square coils placed in an orthogonal position. Moreover, a self-decoupling reconfiguration method can further stimulate the potential of the transmitter, and the space electromagnetic field can be homogenized by the proposed optimal efficiency strategy. An OWPT platform with 100 V/100 kHz is built to prove the effectiveness of our designed transmitter structure. The experiment results show that the system efficiency remains 75.06%–77.17% within a 90° rotation range, with the fluctuation rate reduced to a maximum of 7.81%. The efficiency in the planar range is increased to 86.8%, with a fluctuation rate of only 4.1%.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项全向无线电力传输（OWPT）技术具有重要的战略价值，特别是在储能系统和新能源应用场景中的潜在应用。
该技术的核心创新在于通过三正交线圈结构实现高效率（75-87%）和低漏磁的全向传输，这与我司在储能系统和电动汽车充电领域的技术需求高度契合。具体而言，在工商业储能系统的模块化部署中，传统有线连接存在接触老化、维护成本高等痛点，而该技术的自解耦重构方法和最优效率策略可为移动式储能单元、AGV搬运系统提供灵活可靠的充电解决方案。论文验证的100V/100kHz工况参数与我司储能BMS系统的电压等级基本匹配，具备工程化改造的可行性。
从应用前景评估，该技术在三个方向存在机遇：一是户用储能系统的即插即用场景，降低安装复杂度；二是光储充一体化项目中的电动汽车无线充电，与我司EV业务形成协同；三是海上风电、光伏电站巡检机器人的在线充电，解决恶劣环境下的供电难题。
然而技术挑战同样明显。77%的传输效率虽优于传统OWPT系统，但相比我司逆变器99%的转换效率仍有差距，在大功率应用中的损耗问题需要突破。此外，电磁兼容性、成本控制以及与现有产品架构的集成适配都需深入验证。建议我司技术团队关注该技术在中小功率（<10kW）移动充电场景的应用潜力，开展预研性技术储备，为未来智能化、无人化的新能源系统布局提供差异化竞争力。