前沿科技无线充电报告分析

1、电场耦合式无线充电技术介绍前沿科技汇报汇报人：学 号： .12.13前沿科技无线充电报告分析第1页汇报提要无线充电发展历史无线充电原理电场耦合式无线充电技术电场耦合式无线充电技术瓶颈无线充电应用前沿科技无线充电报告分析第2页无线充电发展历史19世纪30年代，法拉第发觉周围磁场改变将在电线中产生电流；19世纪90年代，爱迪生光谱辐射能研究项目标物理学家特斯拉提出了无线电力传输构想；香港城市大学电子工程学系许树源教授在早几年曾成功研制出“无线电池充电平台”，需要产品与充电器接触，它主要利用是近场电磁耦合原理，美国麻省理工学院马林索尔贾希克（Marin Soljacic）等人在无线传输电力方面取得了

2、新进展，他们用两米外一个电源，“隔地”点亮了一盏60瓦灯泡年12月17日，无线充电联盟（Wireless Power consortium）成立，其使命是为了创造和促进市场广泛采取与全部可再充电电子设备兼容国际无线充电标准Qi209月1日，全球首个推进无线充电技术标准化组织无线充电联盟，在北京宣告将Qi无线充电国际标准率先引入中国前沿科技无线充电报告分析第3页汇报提要无线充电发展历史无线充电原理电场耦合式无线充电技术电场耦合式无线充电技术瓶颈无线充电应用前沿科技无线充电报告分析第4页无线充电原理电磁感应式充电1、电磁感应式充电 初级线圈一定频率交流电，经过电磁感应在次级线圈中产生一定电流，从而

3、将能量从传输端转移到接收端前沿科技无线充电报告分析第5页无线充电原理磁共振式充电2、磁共振式充电 由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个无线充电技术装置调整到相同频率，或者说在一个特定频率上共振，它们就能够交换彼此能量，是当前正在研究一个技术，由麻省理工学院(MIT)物理教授MarinSoljacic 率领研究团体利用该技术点亮了两米外一盏60瓦灯泡，并将其取名为WiTricity。前沿科技无线充电报告分析第6页无线充电原理无线电波式充电3、无线电波式充电 这是发展较为成熟技术，类似于早期使用矿石收音机，主要有微波发射装置和微波接收装置组成，能够捕捉到从墙壁弹回无线电波能量，在随负载作出调

4、整同时保持稳定直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头发送器，以及能够安装在任何低电压产品“蚊型”接收器前沿科技无线充电报告分析第7页 8无线充电原理电场耦合式充电4、电场耦合式充电 充电模块是由2个非对称偶极子按垂直方向排列而成，这组偶极子各由供电部分和接收部分活性炭电极和接地电极组成。无线供电模块就是经过这2个非对称偶极子电场耦合而产生感应电场来供电。前沿科技无线充电报告分析第8页无线充电原理各种方案对比前沿科技无线充电报告分析第9页汇报提要无线充电发展历史无线充电原理电场耦合式无线充电技术电场耦合式无线充电技术瓶颈无线充电应用前沿科技无线充电报告分析第10页电场耦合式无线充电技术 电容式

5、无线能量传输（CPT）：一个经典电场耦合无线能量传输系统极板结构如图 所表示 经过电感Ls和耦合电容Cs1和Cs2谐振，提升耦合电容上电压，从而在较小耦合电容上产生较大位移电流，实现能量传递电感Ls和电容Cs1和Cs2之间谐振，还能够赔偿电力电子变换器无功，提升变换器工作效率。前沿科技无线充电报告分析第11页电场耦合式无线充电技术 CPT系统结构图 一个较为详细CPT 系统如图 所表示，主要包含供电直流电源、高频逆变电路、耦合机构、赔偿网络和整流滤波电路五个部分 CPT 系统耦合电容较小，需要在高频下进行能量传输 直流电在高频逆变电路中转为高频交流电 赔偿电感主要作用是降低逆变器输出无功功率，

6、并经过谐振提升极板间电压，同时实现软开关 发射板在高压、高频交流电作用下，与接收板产生互交电场，形成位移电流，实现能量传递前沿科技无线充电报告分析第12页电场耦合式无线充电技术 磁耦合 电场耦合 优点传输距离远、功率大1、降低发射成本2、损耗小3、涡流损耗小 缺点增加系统成本，使用高频铁氧体材料对磁场进行引导，增加重量，带来损耗，泄露磁场存在引发传输效率下降大部分研究集中于小功率和小距离( 毫米及以下距离) ，大功率中远距离研究和应用还极少 研究内容研究较多1、耦合结构设计2、赔偿网络频率特征分析3、电力电子能转换技术研究人员均认为电场耦合方式无法进行大功率远距离无线电能传输，忽略了对电场耦合

7、方式深入研究，并没有完全发挥该技术优势耦合方式对比喻式前沿科技无线充电报告分析第13页电场耦合式无线充电技术 电场和磁场耦合方式传输功率、效率、距离统计 年末，美国密西根大学在CPT 领域研究出现了质飞跃 除了轻薄发射接收极板、直流到直流90%以上能量传输效率，在水平偏移距离为极板尺寸1 /2 时，无需调整开关频率和赔偿网络参数，传输功率可维持在无偏移时90%以上，而且效率仍到达90%以上，对位置偏移含有极强鲁棒性前沿科技无线充电报告分析第14页电场耦合式无线充电技术 怎样实现电力电子变换器软开关电场耦合传递功率同谐振频率成正比，因为E 类放大器工作频率高，可实现零电压开关基于E 类放大器CP

8、T 谐振网络设计和调谐、E 类放大器软开关条件等成为了一个研究方向而对于半桥和全桥逆变器，其软开关实现条件和范围更为简明，将电路调谐至感性区域即可实现ZVS电容耦合机构设计增大耦合电容增加偏移差赔偿网络分析与优化1、英国布鲁内尔大学以耦合电容发射端电压电流相位为优化条件，有效降低了赔偿网络和耦合电容无功2、 年美国密西根大学Chris Mi 教授，在其提出磁场耦合双边LCC 赔偿网络基础上经过对偶提出了电场耦合双边LCLC 赔偿网络，在等效耦合电容仅有18 pF 情况下，实现了2. 4 kW，150 300 mm 距离无线能量传输，效率抵达90%3、美国威斯康辛大学优化设计了基于单管ZVS 变

9、换器CPT 系统，实现了千瓦等级功率传输，其耦合电容大小为24 nF国内外研究现实状况前沿科技无线充电报告分析第15页汇报提要无线充电发展历史无线充电原理电场耦合式无线充电技术电场耦合式无线充电技术瓶颈无线充电应用前沿科技无线充电报告分析第16页电场耦合式无线充电技术瓶颈一、杂散电容问题 对电容极板周围环境原因考虑较少， 这使得在中远距离无线电能传输应用中存在一定问题前沿科技无线充电报告分析第17页电场耦合式无线充电技术瓶颈二、赔偿网络评价与优化 还未有研究从电场耦合能量传输机理进行分析， 赔偿网络设计和优化评价指标不明确， 难以在相关指标指导下设计和优化赔偿网络来提升传输功率和效率。前沿科技

10、无线充电报告分析第18页电场耦合式无线充电技术瓶颈二、赔偿网络评价与优化 赔偿网络设计和优化需要考虑三个关键原因: 电源功率因数 耦合电场功率因数耦合电容无功因数 高效大功率电场耦合传输， 其赔偿网络应该满足以下三个条件: 赔偿电源无功，实现电源高功率因数; 实现耦合电场高功率因数; 要能够调谐耦合电容两端电压，使其幅值尽可能相等，从而降低耦合电容无功功率前沿科技无线充电报告分析第19页电场耦合式无线充电技术瓶颈三、电磁辐射问题 相比于磁场， 耦合电场主要集中在电容极板之间， 周围空间泄露电场可经过增加屏蔽来降低。一方面应做到泄露电场强度处于安全限值之下;其次， 对于中远距离传输， 可研究异物

11、检测方法， 及时对非正常工作状况下进入高电场强度区域生物体进行判断前沿科技无线充电报告分析第20页汇报提要无线充电发展历史无线充电原理电场耦合式无线充电技术电场耦合式无线充电技术瓶颈无线充电应用前沿科技无线充电报告分析第21页无线充电应用 在轨道交通中研究进展前沿科技无线充电报告分析第22页无线充电应用 在轨道交通中研究进展前沿科技无线充电报告分析第23页参考文件1李思奇,代维菊,赵晗,帅春燕. 电场耦合式无线电能传输发展与应用J. 昆明理工大学学报,03:76-84.2麦瑞坤,李勇,何正友,杨鸣凯,陆立文,刘野然,陈阳,林天仁,徐丹露. 无线电能传输技术及其在轨道交通中研究进展J. 西南交通

12、大学学,03:446-461.3 Lu F , Zhang H , Hofmann H，et alA Double -Sided LCLC-Compensated Capacitive Power Transfer System for Electric Vehicle Charging J. Power Electronics，IEEE Transactions on ,30(11): 6011-60144 Lu F，Zhang H，Hofmann H，et al An Inductive and Capacitive Combined Wireless Power Transfer System with LC-Compensated Topology J. IEEE Transactions on Power Electronics, 99:15 Zhang H，Lu F，Hofmann H，et al A 4 -Plate Compact Capacitive Coupler Desi