前沿科技無線充電報(bào)告

1、電場耦合式無線充電技術(shù)簡介前沿科技報(bào)告,報(bào)告人：學(xué) 號：,2016.12.13,報(bào)告提綱,無線充電發(fā)展歷史無線充電的原理電場耦合式無線充電技術(shù)電場耦合式無線充電技術(shù)的瓶頸無線充電的應(yīng)用,無線充電的發(fā)展歷史,19世紀(jì)30年代，法拉第發(fā)現(xiàn)周圍磁場的變化將在電線中產(chǎn)生電流；19世紀(jì)90年代，愛迪生光譜輻射能研究項(xiàng)目的物理學(xué)家特斯拉提出了無線電力傳輸?shù)臉?gòu)想；香港城市大學(xué)電子工程學(xué)系許樹源教授在早幾年曾成功研制出“無線電池充電

2、平臺”，需要產(chǎn)品與充電器接觸，它主要利用的是近場電磁耦合原理2007年，美國麻省理工學(xué)院的馬林·索爾賈希克（Marin Soljacic）等人在無線傳輸電力方面取得了新進(jìn)展，他們用兩米外的一個電源，“隔地”點(diǎn)亮了一盞60瓦的燈泡2008年12月17日，無線充電聯(lián)盟（Wireless Power consortium）成立，其使命是為了創(chuàng)造和促進(jìn)市場廣泛采用與所有可再充電電子設(shè)備兼容的國際無線充電標(biāo)準(zhǔn)Qi2010年9月1日

3、，全球首個推動無線充電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化組織——無線充電聯(lián)盟，在北京宣布將Qi無線充電國際標(biāo)準(zhǔn)率先引入中國,報(bào)告提綱,無線充電發(fā)展歷史無線充電的原理電場耦合式無線充電技術(shù)電場耦合式無線充電技術(shù)的瓶頸無線充電的應(yīng)用,無線充電原理——電磁感應(yīng)式充電,1、電磁感應(yīng)式充電,初級線圈一定頻率的交流電，通過電磁感應(yīng)在次級線圈中產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從傳輸端轉(zhuǎn)移到接收端,無線充電原理——磁共振式充電,2、磁共振式充電,由能量發(fā)送裝置，和能量接收

4、裝置組成，當(dāng)兩個無線充電技術(shù)裝置調(diào)整到相同頻率，或者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在研究的一種技術(shù)，由麻省理工學(xué)院(MIT)物理教授Marin Soljacic 帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)利用該技術(shù)點(diǎn)亮了兩米外的一盞60瓦燈泡，并將其取名為WiTricity。,無線充電原理——無線電波式充電,3、無線電波式充電,這是發(fā)展較為成熟的技術(shù)，類似于早期使用的礦石收音機(jī)，主要有微波發(fā)射裝置和微波接收裝置組成，可以捕捉

5、到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負(fù)載作出調(diào)整的同時保持穩(wěn)定的直流電壓。此種方式只需一個安裝在墻身插頭的發(fā)送器，以及可以安裝在任何低電壓產(chǎn)品的“蚊型”接收器,,8,無線充電原理——電場耦合式充電,4、電場耦合式充電,充電模塊是由2個非對稱偶極子按垂直方向排列而成的，這組偶極子各由供電部分和接收部分的活性炭電極和接地電極組成。無線供電模塊就是通過這2個非對稱偶極子的電場耦合而產(chǎn)生的感應(yīng)電場來供電的。,,,,,,無線充電原理——各種方案對比,

6、報(bào)告提綱,無線充電發(fā)展歷史無線充電的原理電場耦合式無線充電技術(shù)電場耦合式無線充電技術(shù)的瓶頸無線充電的應(yīng)用,,,,,,,,電場耦合式無線充電技術(shù),電容式無線能量傳輸（CPT）：一個典型的電場耦合無線能量傳輸系統(tǒng)極板結(jié)構(gòu)如圖 所示． 通過電感Ls和耦合電容Cs1和Cs2的諧振，提高耦合電容上的電壓，從而在較小的耦合電容上產(chǎn)生較大位移電流，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞．電感Ls和電容Cs1和Cs2之間的諧振，還可以補(bǔ)償電力電子變換器的無功，提高變換

7、器的工作效率。,,,,,,,,電場耦合式無線充電技術(shù),,CPT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,一個較為具體的CPT 系統(tǒng)如圖 所示，主要包括供電直流電源、高頻逆變電路、耦合機(jī)構(gòu)、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和整流濾波電路五個部分． CPT 系統(tǒng)的耦合電容較小，需要在高頻下進(jìn)行能量傳輸． 直流電在高頻逆變電路中轉(zhuǎn)為高頻交流電． 補(bǔ)償電感主要作用是降低逆變器輸出無功功率，并通過諧振提高極板間電壓，同時實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)． 發(fā)射板在高壓、高頻交流電作用下，與接收板產(chǎn)生互交電場，形成位移電流

8、，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞,電場耦合式無線充電技術(shù),耦合方式,對比方式,,,,,,,,電場耦合式無線充電技術(shù),,電場和磁場耦合方式的傳輸功率、效率、距離統(tǒng)計(jì),2015 年末，美國密西根大學(xué)在CPT 領(lǐng)域的研究出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍． 除了輕薄的發(fā)射接收極板、直流到直流90%以上的能量傳輸效率，在水平偏移距離為極板尺寸1 /2 時，無需調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，傳輸功率可維持在無偏移時的90%以上，并且效率仍達(dá)到90%以上，對位置的偏移具有極強(qiáng)的魯棒性,

9、,,,,,,,電場耦合式無線充電技術(shù),,國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,報(bào)告提綱,無線充電發(fā)展歷史無線充電的原理電場耦合式無線充電技術(shù)電場耦合式無線充電技術(shù)的瓶頸無線充電的應(yīng)用,,,,,,,,電場耦合式無線充電技術(shù)的瓶頸,一、雜散電容問題,對電容極板周圍的環(huán)境因素考慮較少， 這使得在中遠(yuǎn)距離無線電能的傳輸應(yīng)用中存在一定的問題,,,,,,,,電場耦合式無線充電技術(shù)的瓶頸,二、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的評價與優(yōu)化,,尚未有研究從電場耦合的能量傳輸機(jī)理進(jìn)行分析， 補(bǔ)

10、償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化的評價指標(biāo)不明確， 難以在相關(guān)指標(biāo)的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)和優(yōu)化補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來提高傳輸功率和效率。,,,,,,,,電場耦合式無線充電技術(shù)的瓶頸,二、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的評價與優(yōu)化,,補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化需要考慮的三個關(guān)鍵因素: 電源的功率因數(shù) 耦合電場的功率因數(shù)耦合電容的無功因數(shù) 高效的大功率電場耦合傳輸， 其補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該滿足如下三個條件:① 補(bǔ)償電源無功，實(shí)現(xiàn)電源的高功率因數(shù);② 實(shí)現(xiàn)耦合電場的高功率因數(shù);③ 要能夠

11、調(diào)諧耦合電容兩端電壓，使其幅值盡量相等，從而減少耦合電容無功功率．,,,,,,,,電場耦合式無線充電技術(shù)的瓶頸,三、電磁輻射問題,相比于磁場， 耦合電場主要集中在電容極板之間， 周圍空間泄露電場可通過增加屏蔽來降低。一方面應(yīng)做到泄露電場強(qiáng)度處于安全限值之下;另一方面， 對于中遠(yuǎn)距離的傳輸， 可研究異物檢測方法， 及時對非正常工作狀況下進(jìn)入高電場強(qiáng)度區(qū)域的生物體進(jìn)行判斷．,報(bào)告提綱,無線充電發(fā)展歷史無線充電的原理電場耦合式無線充

12、電技術(shù)電場耦合式無線充電技術(shù)的瓶頸無線充電的應(yīng)用,,,,,,,,無線充電的應(yīng)用,在軌道交通中研究進(jìn)展,,,,,,,,,無線充電的應(yīng)用,在軌道交通中研究進(jìn)展,,參考文獻(xiàn),[1]李思奇,代維菊,趙晗,帥春燕. 電場耦合式無線電能傳輸?shù)陌l(fā)展與應(yīng)用[J]. 昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào),2016,03:76-84.[2]麥瑞坤,李勇,何正友,楊鳴凱,陸立文,劉野然,陳陽,林天仁,徐丹露. 無線電能傳輸技術(shù)及其在軌道交通中研究進(jìn)展[J]. 西南交通大學(xué)

13、學(xué),2016,03:446-461.[3] Lu F , Zhang H , Hofmann H，et al．A Double -Sided LCLC-Compensated Capacitive Power Transfer System for Electric Vehicle Charging [J]. Power Electronics，IEEE Transactions on 2015,30(11): 6011-6014[

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