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基于轨迹优化与匹配网络集成的双模无线充电系统分析与设计
Analysis and Design of Dual-Mode Wireless Battery Charging System Based on Trajectory Optimization and Matching Network Integration
| 作者 | Zhan Sun · Yijie Wang · Yueshi Guan · Dianguo Xu |
| 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 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 高频无线电能传输 双向阻抗轨迹设计 恒流/恒压 参数集成 实验原型 |
语言:
中文摘要
摘要：高频兆赫兹（MHz）无线电能传输（WPT）系统因其小型化特性，在特殊应用领域具有巨大优势。然而，传统的单向阻抗压缩方法在一定程度上限制了系统的功能输出性能，例如电池充电。为此，本文提出了一种恒流（CC）/恒压（CV）双向阻抗轨迹设计方法。在此过程中，利用了双模压缩网络参数集成和器件复用机制，在不降低系统功率密度的情况下完成了CC/CV功能输出。搭建了一个40V/1A的实验样机，峰值效率达到90.4%。
English Abstract
High-frequency megahertz (MHz) wireless power transfer (WPT) system has great advantages in special application fields due to its miniaturization characteristics. However, the traditional unidirectional impedance compression method limits the system functional output performance to a certain extent, such as battery charging. To this end, this article proposes a constant current (CC)/constant voltage (CV) bidirectional impedance trajectory design method. In this process, the dual-mode compression network parameter integration and device reuse mechanism are utilized. The CC/CV functional output is completed without reducing the system power density. A 40V/1A experimental prototype was built with a peak efficiency of 90.4%.
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SunView 深度解读
从阳光电源储能系统和新能源集成解决方案的业务视角来看，这项基于轨迹优化的双模无线充电技术具有重要的战略参考价值。
该技术的核心创新在于通过双向阻抗轨迹设计实现恒流/恒压（CC/CV）充电模式的无缝切换，这与我司储能系统中电池管理的核心需求高度契合。传统单向阻抗压缩方法在功能输出上的局限性，恰恰是当前分布式储能和模块化电池系统面临的痛点。该方案通过网络参数集成和器件复用机制，在不降低功率密度的前提下实现双模输出，这对我司追求高集成度、小型化的储能变流器产品线具有借鉴意义。
从应用场景看，兆赫兹级无线电能传输的小型化特性，可为我司在电动汽车充电、便携式储能设备、智能运维机器人等新兴业务领域提供差异化技术路径。特别是在光储充一体化项目中，无线充电技术能够提升系统的环境适应性和安全性，减少接触式充电在恶劣环境下的故障率。
然而需要客观评估的是，40V/1A的实验原型与工业级储能系统动辄数百伏、数百安的应用场景存在显著差距。90.4%的峰值效率相比我司储能变流器98%以上的转换效率仍有改进空间。高频兆赫兹系统的电磁兼容性、长期可靠性以及成本控制都是规模化应用的关键挑战。
建议将此技术定位于特定细分市场的探索性研发，重点关注其阻抗匹配优化方法论对现有有线充电系统效率提升的启发，而非短期内的直接产品化应用。