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双通道无线功率传输系统在输入和输出端口均采用可重构串并联开关以实现宽范围恒流或恒压及错位容忍
Dual-Channel Wireless Power Transfer Systems With Reconfigurable Series-Parallel Switchers on Both Input and Output Ports for Wide Constant-Voltage or Constant-Current Range and Misalignment Tolerance
| 作者 | Yiming Zhang · Yicheng Zhou · Yingyao Zheng · Ronghuan Xie · Xiaoying Chen · Xingkui Mao |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 无线电能传输 双信道系统 可重构开关 输出范围 失谐容忍度 |
语言:
中文摘要
不同的电动汽车采用恒流(CC)充电、恒压(CV)充电或具有不同恒流、恒压水平的多阶段恒流充电方式。对于无线电能传输(WPT)系统而言,实现多种输出水平颇具挑战。此外,在实际应用中,需要在发生偏移时仍能保持高效率和输出稳定性。为满足上述要求,本文提出了一种带有可重构串并联开关(RSPS)的双通道无线电能传输系统。通过在两个功率通道的输入和输出端口均连接可重构串并联开关,恒压或恒流输出范围可提升至原来的四倍。所提出的系统兼容全桥和半桥开关,可提供更多的输出水平。混合拓扑结构使系统具备较强的抗偏移能力。搭建了实验样机以验证所提出的无线电能传输系统。结果表明,所提出的系统能够提供较宽的恒压或恒流输出范围,在偏移距离为 0 至 100 毫米的情况下,可保持输出稳定,效率高达 93.3%。
English Abstract
There are constant-current (CC) and constant-voltage (CV) charging or multistage CC charging with different CC or CV levels for different electric vehicles. Accommodating multiple output levels is challenging for a wireless power transfer (WPT) system. In addition, maintaining high efficiency and output stability during misalignment is required for practical applications. To meet the above requirements, dual-channel WPT systems with reconfigurable series-parallel switchers (RSPS) are proposed in this article. With the RSPS connected to both input and output ports of two power channels, the range of CV or CC output can be lifted to fourfold. The proposed systems are compatible with full-bridge and half-bridge switching that provides more output levels. Strong misalignment tolerance is achieved by the hybrid topologies. An experimental prototype is established to verify the proposed WPT systems. The results have revealed that the proposed systems can provide a wide CV or CC output range and maintain output stability with efficiency up to 93.3% under a misalignment distance from 0 to 100 mm.
S
SunView 深度解读
从阳光电源新能源业务布局来看,该双通道无线电能传输技术具有显著的战略价值。论文提出的可重构串并联开关架构能够实现四倍范围的恒压/恒流输出调节,这与我们在电动汽车充电和储能系统领域的技术需求高度契合。
在电动汽车充电业务方面,该技术的多级恒流/恒压输出能力可直接应对不同车型、不同电池系统的充电协议差异,这是我们无线充电产品线亟需突破的技术瓶颈。特别是其0-100mm位置偏移容差下仍能保持93.3%的高效率,显著优于现有单通道方案,可有效解决实际应用中的对准困难问题,降低用户使用门槛。
对于储能系统集成,该技术的双通道拓扑与我们模块化储能架构理念相符。通过全桥/半桥混合切换,可实现更精细的功率调度和能量管理,提升系统在复杂工况下的适应性。这对于我们正在推进的工商业储能和户用储能产品具有直接的技术迁移价值。
技术成熟度方面,论文已完成原理样机验证,但距离产品化仍需解决EMC设计、热管理优化、成本控制等工程化问题。可重构开关的可靠性和寿命是关键挑战,需要深入评估高频开关损耗和电磁兼容性。
建议我们重点关注该技术在大功率应用场景的扩展可能,特别是与现有光储充一体化解决方案的协同集成,这可能成为差异化竞争的突破口。同时应评估专利布局情况,考虑技术合作或自主研发路径。