无线电能传输基本原理与关键技术

无线电能传输技术作为一项具有广泛应用前景的技术，正在不断突破现有技术瓶颈，开拓新的应用领域。《无线电能传输基本原理与关键技术》源于作者十几年研究成果的总结，书中系统地介绍了无线电能传输的基本原理、关键技术及其主要应用，同时还提供了多个无线电能传输的仿真案例，以帮助读者更好地理解这一领域的最新研究成果和应用发展趋势。 《无线电能传输基本原理与关键技术》不仅适合高等院校电磁场与无线技术、电子信息工程、电气工程及其自动化、通信工程等专业高年级本科生和研究生作为专业课参考教材使用，也为无线电能传输领域的学者和工程师提供了科学研究与工程应用的指导。

张献，工学博士，教授，博士生导师，省部共建国家重点实验室副主任。中国电工技术学会理事，担任中国电工技术学会、中国电源学会无线电能传输专委会的副主任委员。国家自然科学基金委优秀青年基金获得者，天津市青年科技优秀人才，河北省燕赵青年科学家。在《IEEE Transactions on Power Electronics》、《IEEE Transactions on Magnetics》、《中国电机工程学报》和《电工技术学报》等高水平期刊发表一百余篇论文，入选全球前2%顶尖科学家影响力榜单，联合出版专著2部，获得发明专利20项。承担国家自然科学基金4项，天津市自然基金项目3项，获得基金委工材学部优秀结题项目3项，天津市科技进步一等奖一项、二等奖一项，参与8项电动汽车无线充电国家标准制定工作。担任河北工业大学高性能智慧无线电能传输科研团队负责人，围绕无线电能传输科学问题及工程应用展开研究，实现陆海空天多场景下的高质高可靠智慧无线电能传输。

前言 第1章　绪论1 参考文献4 第2章　无线电能传输技术的基本原理5 2.1　互感模型5 2.1.1　互感模型理论基础5 2.1.2　无线电能传输系统互感模型7 2.2　耦合模模型10 2.2.1　耦合模理论基础10 2.2.2　无线电能传输系统耦合模模型16 2.3　二端口模型23 2.3.1　二端口模型理论基础 23 2.3.2　无线电能传输二端口模型25 2.4　分数阶模型27 2.4.1　分数阶元件的基本特性27 2.4.2　分数阶电路建模理论28 2.5　宇称时间对称模型35 2.6　能流模型 36 2.6.1　以单匝线圈为传能载体的坡印亭矢量计算方法研究36 2.6.2　以多匝线圈为传能载体的坡印亭矢量计算方法研究41 参考文献42 第3章　无线电能传输补偿电路拓扑结构43 3.1　传输机理分析43 3.2　经典补偿网络44 3.3　系统增益特性分析49 3.4　高阶拓扑结构55 3.4.1　双边LCC 55 3.4.2　LCC-S 65 参考文献71 第4章　磁耦合机构与抗偏移方法研究72 4.1　耦合线圈抗偏移设计73 4.1.1　抗偏移新型线圈结构73 4.1.2　DDQ/DD线圈偏移特性分析75 4.2　抗偏移磁集成方法及特性研究78 4.2.1　抗偏移磁集成方法研究78 4.2.2　线圈结构磁集成抗偏移特性分析80 4.2.3　补偿拓扑磁集成抗偏移特性分析83 4.3　互感叠加抗偏移磁集成方法研究84 4.3.1　磁集成耦合结构设计85 4.3.2　建模与抗偏移特性分析86 4.3.3　磁集成线圈结构优化91 4.4　双互感差值抗偏移磁集成方法研究93 4.4.1　磁集成耦合结构设计93 4.4.2　建模与抗偏移特性分析93 4.4.3　磁集成线圈结构优化96 参考文献98 第5章　无线电能传输中的电力电子技术100 5.1　无线电能传输变换器控制策略与软开关技术100 5.1.1　无线电能传输变换器系统控制策略100 5.1.2　无线电能传输变换器功率器件软开关技术102 5.2　基于有源整流器的最大效率的跟踪控制105 5.2.1　电池无线充电模式105 5.2.2　ZVS和最小循环无功功率的条件106 5.2.3　损耗分析与优化110 5.2.4　设计方法114 5.3　基于互感在线辨识的最大效率跟踪控制策略115 5.3.1　稳态模型的构建115 5.3.2　最大效率跟踪控制117 5.3.3　互感的动态预测119 5.3.4　实验验证120 5.4　AC/DC WPT变换器集成式拓扑设计与控制121 5.4.1　AC/DC WPT集成变换器简介121 5.4.2　变换器LCC-S补偿网络124 5.4.3　变换器功率损耗分析126 5.4.4　控制器设计128 参考文献131 第6章　电容式电能传输方法133 6.1　电容式电能传输技术的基本原理133 6.1.1　电容式无线充电系统工作原理简介133 6.1.2　电场耦合机构134 6.2　电容式无线充电系统建模分析137 6.2.1　两电容模型137 6.2.2　激励电流源模型138 6.2.3　激励电压源模型142 6.2.4　耦合电容测量144 6.2.5　补偿网络设计146 6.3　具有恒压输出特性的多负载电容式无线充电系统研究150 6.3.1　恒压输出模型151 6.3.2　电场耦合机构的设计155 6.3.3　功率传输能力分析160 6.4　具有恒流输出特性的多负载电容式无线充电系统研究163 6.4.1　恒流输出模型164 6.4.2　功率传输能力分析171 6.4.3　实验验证175 参考文献176 第7章　电动汽车无线充电技术178 7.1　电动汽车无线充电标准178 7.1.1　电动汽车无线充电标准的术语和定义178 7.1.2　电动汽车无线充电标准内容简介179 7.2　电动汽车静态和动态无线充电概述182 7.3　电动汽车动态无线充电184 7.3.1　无线充电系统的组成与原理184 7.3.2　动态耦合模式的分析184 7.3.3　无线充电系统动态耦合模式的仿真189 7.4　电动汽车无线充电互操作性191 7.4.1　互操作性的定义192 7.4.2　补偿网络互操作性的评价方法192 7.4.3　耦合线圈互操作性的评价方法198 7.4.4　互操作性的提升方法202 参考文献209 第8章　全向无线电能传输技术210 8.1　磁场调控方法210 8.2　输出电压自适应调节的全向无线电能传输系统211 8.2.1　系统分析211 8.2.2　仿真分析218 8.3　输出电压自适应调节的无线电能传输可重组接收端222 8.3.1　系统分析222 8.3.2　仿真分析227 8.4　集成型二维空间全向无线电能传输方法研究228 8.4.1　系统分析229 8.4.2　仿真与实验236 参考文献241 第9章　无线电能传输技术电磁安全242 9.1　电磁环境安全分析242 9.1.1　电磁场与电磁暴露243 9.1.2　电磁暴露与人体健康243 9.1.3　电磁防护安全标准244 9.2　电动汽车无线电能充电空间电磁场对血液细胞生物活性的影响246 9.2.1　电动汽车无线充电频率段电磁场限值标准246 9.2.2　电动汽车无线充电空间电磁场的分布247 9.2.3　电动汽车无线充电空间电磁场对人体的影响252 9.3　电动汽车无线充电空间电磁场的安全分析及生物效应影响254 9.3.1　电动汽车无线充电系统中人体电磁安全性的仿真分析254 9.3.2　电动汽车无线充电空间电磁场的测量260 9.3.3　生物效应影响在电磁暴露实验中的探究264 9.4　电动汽车无线充电电磁屏蔽技术270 9.4.1　无线电能传输多层级被动式组合屏蔽原理与特性分析272 9.4.2　多层级被动式组合屏蔽方法模型分析276 参考文献281