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无线电能传输系统中零相角频率跟踪策略研究
Research on Zero Phase Angle Frequency Tracking Strategy in Wireless Power Transfer Systems
金卓航武晋德韩晓霞张文杰赵钦涛 · 中国电机工程学报 · 2025年2月 · Vol.45
水下无线电能传输系统中，水流引起的线圈偏移会改变磁耦合结构参数，导致系统谐振频率偏移，进而降低功率与效率。针对串联-串联拓扑系统，通过分析直流母线电流与逆变器输出电压、电流间的相角关系，设计相角测量电路，结合梯度下降算法，提出磁耦合参数偏移下的在线零相角频率跟踪策略。实验在200 W系统中验证，30 ms内实现零相角跟踪，传输功率最高提升16.24倍，效率提高17.38%。
解读: 该零相角频率跟踪技术对阳光电源的无线充电产品线具有重要应用价值。研究的串联-串联拓扑与相角测量方案可直接应用于电动汽车无线充电桩系统,提升充电效率与稳定性。其快速跟踪算法也可借鉴应用于ST储能系统的双向变流控制,优化储能双向功率传输效率。此外,该技术的在线参数自适应特性对SG系列逆变器的MPPT控制...
基于原边监测的水下WPT系统参数识别技术研究
Research on Parameter Identification Technology for Underwater WPT Systems Based on Primary-Side Monitoring
白龙雷 · 孙良顺 · 马智勇 · 罗博 等6人 · 中国电机工程学报 · 2025年6月 · Vol.45
在水下无线电能传输（WPT）系统中，准确获取互感与副边负载信息对输出稳定与效率提升至关重要。由于海水涡流影响，传统空气中参数识别方法在水下应用时存在较大误差。本文针对水下环境建立互感模型，分析其对功率与效率的影响，提出一种仅需测量谐振与非谐振工作点下逆变器侧等效输入阻抗的互感与负载识别方法。基于S-S补偿拓扑进行理论推导与实验验证，结果表明该方法在无通信条件下可有效识别参数，负载识别误差低于2%，互感误差低于5%。
解读: 该水下WPT参数识别技术对阳光电源新能源汽车产品线具有重要参考价值。其基于原边监测的无通信参数识别方法可应用于充电桩与车载OBC系统，特别是在恶劣环境下的无线充电场景。该技术提出的S-S补偿拓扑下互感与负载辨识算法，可借鉴至ST储能变流器的并网阻抗在线辨识，提升构网型GFM控制的鲁棒性。通过谐振/非...
基于阵列换能器的水下抗错位超声无线传能系统
An Underwater Anti-Misalignment UPT System Based on Array Transducers
Baidong Peng · Kehan Zhang · Zhengchao Yan · Jipan Wang 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年10月
超声无线传能（WPT）技术可穿透金属介质进行能量传输，且不产生电磁干扰与涡流损耗，在水下航行器供电中具有广阔应用前景。本文建立了声场数学模型并引入指向性函数，仿真分析了阵列参数对声束聚焦性能的影响。针对单元件超声传能系统的局限性，提出一种多对一结构的阵列换能器，提升了系统的抗错位能力。设计了一种含LC阻抗匹配网络的新型UPT系统，并实验分析了多对一阵列换能器间角度偏差的影响。相比一对一结构，该结构不仅将系统传输效率提升至72.4%，还能有效抑制接收端偏移引起的能量损耗。
解读: 该水下超声无线传能技术对阳光电源海洋能源装备和特殊场景储能系统具有创新启发价值。其阵列换能器抗错位设计理念可借鉴至PowerTitan储能系统的模块化连接方案，提升恶劣环境下的能量传输稳定性。LC阻抗匹配网络设计思路可应用于ST系列储能变流器的功率传输优化，降低传输损耗。多对一阵列结构的容错机制对海...
多兆赫谐振感应式无线功率传输的设计考虑
Design Considerations for Multimegahertz Resonant Inductive Power Transfer
Lei Gu · Victor Gao · Aobo Yang · Tuofei Chen 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年1月
兆赫频率下的感应式无线功率传输有望实现紧凑且低成本的电力传输。然而，由于高频电路对寄生参数敏感，此类系统在直流-直流效率上普遍低于传统低频系统。本文系统分析了串联-串联、串联-并联、并联-串联和并联-并联等补偿拓扑的权衡，并提出在多兆赫设计中考虑半导体器件寄生参数以提升传输效率的方法。通过构建三套300 W的系统验证所提方法，交流-交流效率均超96%。最终实现6.78 MHz、1.7 kW输出、直流-直流效率达95.7%的原型系统。
解读: 该多兆赫无线功率传输技术对阳光电源新能源汽车产品线具有重要应用价值。文中提出的6.78MHz高频谐振技术可直接应用于车载OBC充电机和无线充电桩开发，实现95.7%直流效率的紧凑型无线充电方案。四种补偿拓扑的系统分析及寄生参数优化方法，可指导阳光电源在SiC/GaN高频器件应用中降低开关损耗。该技术...
利用PWM控制的开关电容进行电抗去补偿以维持S/S WPT系统中恒定功率和效率
Reactance Decompensation Using PWM-Controlled Switched Capacitors for Maintaining Constant Power and Efficiency in S/S WPT Systems
Ryo Matsumoto · Toshiyuki Fujita · Hiroshi Fujimoto · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年5月
在无线电力传输系统中，线圈位置的灵活性及电路元件的制造公差会导致自感和互感变化。本文提出一种基于脉宽调制控制的开关电容方法，通过主动引入未补偿电抗来调节谐振电路，在自感与互感同时变化时仍能保持输出功率和传输效率恒定。该方法实现了恒定输出功率、恒定电流幅值以及逆变器的软开关运行。文章还给出了开关电容闭环控制方案的建模与实现。实验结果表明，所提方法在1kW样机上可将直流-直流效率稳定在93.1%至93.8%之间，而传统补偿方法在最差耦合条件下效率降至85.2%。
解读: 该PWM开关电容电抗调节技术对阳光电源无线充电产品线具有重要应用价值。在电动汽车无线充电桩开发中，该方法可解决车辆停放位置偏移导致的耦合系数变化问题，通过动态调节谐振补偿维持恒定充电功率和93%以上高效率。技术原理可借鉴至ST储能变流器的DC-DC变换环节，应对电感参数漂移时的效率优化。所提闭环控制...
具有有源中继线圈的大规模空间无线电力传输新型发射器
A Novel Type of Transmitter With A-R Coil for Large-Scale Spatial Wireless Power Transfer
Yujie Zhai · Yang Li · Qingxin Yang · Lihua Zhu 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年9月
由于无线电力传输WPT系统中电磁场在大规模空间内的快速衰减特性，难以实现空间尺度跨越以满足当前物联网和自动仓库等无人室内场景中多负载电子设备供电的紧迫需求。为解决该问题，本文提出一种具有有源中继线圈的新型发射结构，用于实现大规模3D空间内任意位置和数量负载的功率传输。首先确保发射器在空间天花板和地板上相邻平面线圈的绕组方向不同以增加磁场密度，同时保证空间区域同侧磁场纵向方向相同以扩展磁通路径和空间传输尺度。通过实验研究，在1.8×1.4×2.0米空间内分散在不同位置的12个负载灯泡全部点亮，总效...
解读: 该大规模空间WPT发射器研究对阳光电源拓展无线供电应用场景有重要参考价值。有源中继线圈实现1.8×1.4×2.0米大空间覆盖和12个负载80%总效率的性能可应用于阳光电源在智能仓储、智能工厂和智能家居等物联网场景的无线供电解决方案。天花板和地板线圈配合设计增强磁场密度和扩展传输尺度的技术思路可借鉴用...
基于多重磁负材料的心脏起搏器高性能无线电能传输系统
A High-Performance Wireless Power Transfer System for Cardiac Pacemaker Based on Multi-MNG
Weihua Chen · Chao Wang · Xiaoheng Yan · Feiyu Zhu · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年4月
针对心脏起搏器无线能量传输系统传输效率低、偏移容忍度差和磁泄漏严重的问题,提出基于多重磁负材料(Multi-MNG)的新型无线电能传输系统。基于MNG等效介质理论和磁场分布,设计三种不同磁导率超材料单元混合排列,确保磁场有效会聚、屏蔽磁泄漏并降低比吸收率(SAR)。8.94MHz仿真验证了Multi-MNG系统的准确性、高效率、鲁棒性和安全性,最大SAR值0.0000504。实验验证系统最大输出功率1.323W,传输效率峰值72.1%,温升2.9°C,满足人体安全标准。
解读: 该磁负材料无线电能传输技术对阳光电源植入式医疗设备和小功率无线充电产品线有创新启发。Multi-MNG磁场会聚和泄漏屏蔽技术可应用于新能源汽车小功率无线充电场景,如车内手机无线充电,提高安全性和效率。超低SAR设计理念对阳光电源拓展可穿戴设备和医疗电子领域无线电能传输解决方案有参考价值。该技术对户用...
实现四重补偿线圈集成以提高电动汽车无线充电系统中接收端的电能传输效率
Enabling Quadruple-D Compensation Coil Integration for Efficient Power Transfer to Receiver in Wireless Power Transfer Systems for EV Charging
Mehmet Zahid Erel · Tabish Imtiaz · Ahmed Elsanabary · Saad Mekhilef 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年1月
无线电力传输（WPT）为电动汽车（EV）充电提供了便利、可靠且安全的解决方案。近年来，多线圈结构的引入有效提升了功率传输能力并增强了系统可扩展性，但也带来了互感耦合与空间受限等问题。本文提出一种新型紧凑型集成耦合结构，发射端采用两个自然解耦线圈，均与接收线圈耦合以提升功率传输能力。利用ANSYS Maxwell仿真分析该耦合器在偏移工况下的性能，并基于输出电压随横向偏移的变化实现偏移方向的自主检测。实验结果表明，在120 mm气隙、完全对准时，系统最大传输效率达97.08%，输出功率1.147 ...
解读: 该四重补偿线圈集成技术对阳光电源新能源汽车充电产品线具有重要应用价值。研究提出的双发射线圈自然解耦结构与偏移自检测方案，可直接应用于阳光电源无线充电桩产品开发，解决实际应用中车辆停放偏移导致的充电效率下降问题。97.08%的高效率传输与243.76W补偿功率设计，为阳光电源OBC车载充电机与地面充电...
无铁氧体磁芯的高功率高自由度平台式水下无线充电站
High Power and High Freedom Platform Type Undersea Wireless Power Transfer Station Without Ferrite Core for AUVs
Lei Yang · Xinze Chen · Jiahua Sun · Liye Tian 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年9月
本文提出一种面向自主水下航行器（AUV）的5000 W级高抗偏移平台式水下无线充电系统。相比对接式或笼式充电方式，该系统显著提升了AUV充电的自由度，并降低了对接结构设计难度。采用S/S谐振补偿网络以提高传输效率与功率等级，设计了耐压防腐外壳，结合亚克力透磁材料，可在20米以上水深工作。相较于金属材料，亚克力显著降低电磁场干扰，提升能量传输效率。实验样机验证了理论分析，仿真与实测结果表明，系统在空气与海水中均具备良好鲁棒性，无需铁氧体磁芯，避免了海水压力引起的压磁效应。空气中最高效率达94.81...
解读: 该水下无线充电技术对阳光电源新能源汽车充电桩产品线具有重要借鉴价值。其5000W级S/S谐振补偿拓扑、高抗偏移平台式设计可应用于电动汽车无线充电场景，提升充电便利性。无铁氧体磁芯设计避免压磁效应，降低成本与重量，适合集成到充电桩产品。空气中94.81%的高效率验证了谐振补偿网络的有效性，可优化ST储...
用于水下磁耦合无线电力与数据传输系统的时分传输方法
Time-Sharing Transmission Method for an Undersea Magnetically Coupled Wireless Power and Data Transfer System
Lei Yang · Zhixue Bu · Dengrui Xing · Liye Tian 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年4月
海洋环境中的波浪、洋流和盐度梯度复杂多变，尤其在湍流和高导电条件下显著影响水下无线电力与数据传输性能。针对海水的导电特性带来的挑战，本文提出一种基于高频交变电磁场的磁耦合水下无线电力与数据传输系统，采用时分复用技术共享耦合线圈通道，实现电力与数据的无干扰传输。电力传输频率为86 kHz，数据采用1 MHz和2 MHz载波的频移键控调制，速率达200 kbps。实验结果表明，在4 cm距离下以200 W功率充电时，系统最高效率达91.3%，并可同步传输电池电压、电流和温度等状态信息。
解读: 该水下无线电力与数据传输技术对阳光电源新能源汽车产品线具有重要参考价值。其时分复用架构可应用于车载OBC充电机和充电桩的无线充电方案，实现电力传输与电池状态监测的同步通信。86kHz电力传输频率与FSK数据调制的分离设计，可借鉴到ST储能系统的无线BMS通信中，解决高压环境下有线连接的安全隐患。91...
考虑均匀磁通分布的感应功率传输系统阶梯形磁芯设计方法
Terrace-Shaped Core Design Method for Inductive Power Transfer System Considering Uniform Magnetic Flux Distribution
Chen Chen · C. Q. Jiang · Xiaosheng Wang · Liping Mo 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2025年1月
感应电能传输（IPT）已引起广泛关注，且呈现向高功率应用发展的趋势。然而，IPT 系统中存在磁通量分布不均匀的问题且尚未得到解决，这会导致磁芯损耗不均衡和局部发热，降低系统的稳定性。因此，本文提出并研究了一种由纳米晶薄片带材（NFR）制成的新型阶梯形磁芯，用于平衡弯曲双 D 型耦合器磁芯中的磁通量。与仅增加中心区域磁芯厚度不同，阶梯形纳米晶薄片带材（T - NFR）能够实现沿磁芯的磁通量均匀分布和温度均衡。在传输效率为 92.13%的 1 kW IPT 系统上验证了 T - NFR 磁芯的可行性...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项梯形磁芯无线电能传输技术具有重要的战略价值。当前我们在储能系统、电动汽车充电设备及分布式能源管理等领域正面临功率密度提升和热管理优化的双重挑战，该技术提供了一个创新性的解决思路。 该论文提出的纳米晶薄带梯形磁芯设计通过优化磁通分布，在1kW系统上实现了92.13%的传...
规模、储热容量和热传输损失对利用聚光太阳能热能供应高温工业过程热的 techno-economics 影响
The effect of scale, storage capacity and thermal transmission losses on the techno-economics of supplying high-temperature industrial process heat with concentrated solar thermal energy
Leok Leea · Philip Ingenhovenab · Woei Sawab · Graham J.Nathana · Solar Energy · 2025年1月 · Vol.299
摘要 本文首次对利用聚光太阳能热能（CST）为工业过程提供高温热能进行了全面的技术经济性分析，该分析考虑了资源波动性，并涵盖了整个系统的各个方面，包括太阳能输入热功率规模、储热系统以及热传输管道。在当前系统中，选择空气作为传热流体（HTF），以便于对现有氧化铝厂进行改造；尽管未来系统可通过采用其他介质进一步降低成本。成本估算基于澳大利亚首套同类系统（FOAK）的当前建设成本，尚未计入学习率带来的成本下降效应。即便如此，估计聚光太阳能的能源成本约为27美元/GJ。此项针对采用聚光太阳能热技术（CS...
解读: 该研究聚焦光热储能与工业高温热能供应,对阳光电源储能系统具有重要参考价值。其热储能容量优化、传输损耗控制及经济性分析方法,可借鉴至ST系列储能变流器和PowerTitan系统的容量配置优化中。特别是其多参数协同优化思路(规模、储能容量、传输效率),与阳光电源工商业储能解决方案的系统级优化设计理念高度...