第十六届智能车竞赛国赛队伍中节能信标组无线电能接收方案

Posted 2021-09-21 卓晴

 

§01 无线充电

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在 第十六届智能车竞速赛 中，有一组“节能信标组”。该组别的队伍车模允许自行设计，并且需要设计无线充电电路，从 比赛信标系统中 获取车模运行所需要的电能。

由于节能车模在接收电能的时候，是将接收电能往储能法拉电容进行充电。充电电压是变化的，这与一般的恒定电阻负载有着很大的不同，使得接收电能功率很难始终达到最大。那么，在实际比赛中，同学们会采用怎样的无线电能接收电路呢？

一、两种接收模式

汇总一下参赛队伍所采用的无线接收电路，主要集中在两种方案：一种是“LCC补偿方案”，另外一种就是“LC串联补偿”方案。

1、LCC接收方式

LCC 接收模式的电路如下图所示，它利用了电路的串并联结构，实现了恒流输出电流的功能。

▲ 图1.1 LCC结构接收电路

在LCC接受网络中的参数满足：

时，输出电流恒定为 $I_{out}=U_i/j{X}_s$。

LCC网络接收电能与电路后期的整流二极管、法拉电容阻抗没有太大关系。可以相对比较稳定接收电能。只是该电路器件比较多，调试相对困难。而且串联电感无论是体积还是重量都比较大。

▲ 用于LCC结构的接收线圈以及串联电感

2、LC接收方式

直接在接收线圈上串联谐振电容，然后连接后面的桥整流，或者倍压整流也可以实现无线电能的接受。这种方式也可以成为“傻充”方案，这是利用了节能信标发送单元本身具有功率限制，同时没有超功率罚时的特点，所以可以使用这种方案。

▲ 图1.2 LC接收模式

这种方式在电容电压比较小的时候，也可以获得很大的充电功率。它的接收功能与线圈所在的位置关系比较密切。

▲ 图1.2 武汉理工大学异形接收线圈

二、统计无线接收模式

下面根据 第十六届全国大学生智能车竞赛总决赛节能信标组 各个队伍提交的 技术报告 可以对每个队伍所采用的无线电能结构进行统计。可以看到在 60 支国赛队伍中，有10支队伍采用了 LC无线电能电路结构，其余大部分队伍都使用了LCC 电路结构。

▲ 图1.1 所有国赛节能信标组技术报告

下面表格中对于每个参加全国总决赛节能信标组队伍无线电能接收电路结构进行汇总。

【表1-1 全国总决赛节能信标组无线电接收方案表格】

序号	赛区	学校名称	队伍名称	无线充电方案
1	东北	哈尔滨工业大学	紫丁香五队	LC结构， 35F×5
2	华北	太原工业学院	晋速-天槊星	LCC结构
3	安徽	合肥工业大学	烂虾	LCC结构
4	华北	洛阳理工学院	Since 2021	LCC结构
5	广东	华南理工大学	华工雨花队	LCC结构
6	东北	沈阳工业大学	场地终结者队	LCC结构
7	安徽	安徽工业大学	摸鱼大队	LCC结构， 50F×4
8	华东	上海电力大学	电靓无限	LCC结构
9	华北	北京科技大学	北京科技大学节能信标组	LCC结构
10	东北	内蒙古大学创业学院	骄阳一队	LCC结构，
11	浙江	浙江大学	浙大三队	LC结构+恒功率充电 BQ24640
12	华北	北华航天工业学院	极光	LCC结构，
13	浙江	中国计量大学	赛博-8	LCC结构
14	华北	太原理工大学	太原理工大学节能信标队	LC结构
15	浙江	杭州电子科技大学	杭电信标一队	LCC结构
16	山东	青岛农业大学	极光—冷不丁	LCC结构
17	东北	大连海事大学	同舟柒号	LCC结构， 100F×5
18	华东	上海海事大学	McQueen	LCC结构
19	山东	青岛理工大学	青理节能一队	LC结构
20	华南	湖北工业大学	蓝电零队	LCC结构
21	华南	集美大学诚毅学院	星犬队	LCC结构
22	西部	兰州交通大学	先锋队	LCC结构
23	东北	大连民族大学	粉红靓车队	LC + LTC3780恒压充电，60F×5
24	广东	深圳大学	跑得快	LCC结构
25	西部	乐山师范学院	乐师逐飞六队	论文对此叙述不详
26	安徽	安徽理工大学	节能一	LCC结构
27	东北	哈尔滨工程大学	济海追风3队	LC结构， 100F×5
28	华南	中南民族大学	双子星	LC结构
29	山东	山东大学（威海）	山魂七队	LCC结构
30	华东	南京信息工程大学	真的不耗电	LC结构，倍压整流
31	华东	上海工程技术大学	工程皊弎队	LCC结构
32	广东	五邑大学	信天翁	LCC结构
33	安徽	合肥学院	定盘星	LCC结构
34	西部	西北工业大学	纯钧2021	LCC结构
35	华南	武汉大学	珞珈-freedom	LCC结构
36	华东	苏州大学	Sky永恒	LCC结构
37	华南	厦门理工学院	厦理卓越青凡队	LCC结构
38	广东	华南师范大学	深蓝小羊驼	LCC结构
39	西部	重庆大学	赛博坦汽车人联盟队	LCC结构
40	特邀	浙江工商职业技术学院	JWS队	LCC结构
41	华南	广西科技大学	火哥带你学32	LC结构
42	特邀	合肥职业技术学院	机电进取队	LCC结构
43	西部	成都信息工程大学	杠上花	LCC结构
44	华东	宿迁学院	Makka Pakka	LCC结构
45	华北	北京理工大学	牛牛队	LCC结构
46	安徽	安徽信息工程学院	常青竹七队	LCC结构，30F×5
47	华东	江南大学	火炎焱燚	LC结构
48	华南	武汉理工大学	华南大飚客	LC结构
49	华北	北京科技大学天津学院	科技一队	LCC结构，100F×5
50	安徽	安徽大学	牛牛队	LCC结构，25×5
51	西部	成都工业学院	起丰了	LCC结构
52	安徽	合肥工业大学宣城校区	田所二号	LCC结构
53	华北	河南理工大学	HPU节能信标组	LCC结构 注：没有提交技术报告
54	山东	齐鲁工业大学	漩涡银河	LCC结构； 注：没有提交技术报告
55	华东	上海理工大学	赛道拆迁队	没有提交技术报告
56	浙江	浙江工商大学	金刚大师队	LCC结构
57	安徽	巢湖学院	青枫茗悦	LCC结构
58	华东	南京师范大学	南师4队	LCC结构
59	山东	临沂大学	自然选择队	LCC结构
60	浙江	中国计量大学	仰仪8队	LCC结构

 

§02 哪种方案更好？

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那么究竟哪种电能接收方案更好？ 你可以将自己的看法在留言中给出。

■ 公众号留言

• 格叽格叽小菜鸡 ：好了，抢完第一了，再来说说那个更好。对于lc，lcc，恒功率来说，我更感觉恒功率比较好。lc和lcc，结构简单，容易实现，但是适应能力较差，对线圈位置，线圈高度，要求更高。恒功率，鲁棒性更强。对于实际应用来讲，我个人觉得，适用广泛，鲁棒性强，才是好的出路。对于lc，lcc，脱离一定的环境，可能适应能力就变差了，恒功率可能也会变差，但是相对会比以上两种很好一些。
  • 格叽格叽小菜鸡 ：两分钟报到！第一！！！
• ...... ：个人可能还是觉得LCC更好一点 看到卓大罗列名单里面有用LC+BQ24640恒功率充电 之前我组也试过 效果没有LCC好 个人觉得充电除了在调试参数的时候 也应该注意整流那一块的处理 因为我组无论是用LCC还是LC整流二极管都巨烫 之前也是用ucc24612控制mos做高频段同步整流做了很久 可惜的是没有调出来 最后还是选择了并联多个二极管
• 🌛 ：卓大，以后不会用越野做节能吧
• 火星大王 ：个人意见:LCC虽然可能有更大的潜力，但是我队在实际调试的过程中确实发现，LCC因为有三个参数L、C和C，在调试的时候不大好调。但是我队也没用过LC的方案，所以对于LC的效果究竟如何我们也不敢乱说。
• 白画筝 ：lcc比较香
• JSH ：默默的拿出个双管自激的无抽头ZVS然后默默离开
• 灵犀 ：我看到我的手了
• 任健聪 ：LCC参数调节确实比较麻烦，我当时借的学院的功率分析仪，一点一点换器件才换出来比较好的系数，不过参数良好的lcc电路不管在充电响应还是充电速度上都比用芯片强一些，还有其在线圈耦合不好时仍可充电的优秀特点，如果能解决电感占地面积大的问题，感觉lcc电路可能是未来新能源汽车无线充电的主要手段。
• 董 ：但lcc比较难弄
• 张维尊 ：两个方案都调了一下感觉还是有点发言权的，LC拓扑的参数确实好调，效果也不错，但是我们队调试的时候LC对位置要求巨高，基本上相切贴着灯才能有最大接收功率，但是LCC确没有这种问题，不过LCC的参数确实不太好调，不过调好之后基本上接收线圈在灯的发射线圈之中就能得到很大的接收功率。另外，还想问一下卓大，明年十七届有没有可能把今年没有弄出来的电磁定位搞一下啊，
• 蔚蓝 ：本科做智能车，研究生就做的无线充电方向