[發(fā)明專利]具有雙T型諧振網(wǎng)絡(luò)的ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810814614.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108964289B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇玉剛;趙魚(yú)名;朱婉婷;唐春森;王智慧;戴欣;孫躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J50/12
• 分類號(hào): H02J50/12;H02J7/02
• 代理公司: 重慶敏創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

本發(fā)明提供一種具有雙T型諧振網(wǎng)絡(luò)的ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法，在電能發(fā)射端設(shè)置有兩個(gè)T型諧振網(wǎng)絡(luò)，其中第一T型諧振網(wǎng)絡(luò)由電感L₁、電感L₂以及電容C₁構(gòu)成的T型LCL諧振網(wǎng)絡(luò)，第二T型諧振網(wǎng)絡(luò)由電容C₂、電感L₃以及電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)的等效電容Cs構(gòu)成的T型CLC諧振網(wǎng)絡(luò)，第一T型諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入端與逆變器的輸出端連接，第一T型諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端與第二T型諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接，第二T型諧振網(wǎng)絡(luò)中的電感L₃的兩端分別對(duì)應(yīng)連接在電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)中的兩塊發(fā)射極板上。其效果是：無(wú)需任何額外的檢測(cè)和控制電路即可實(shí)現(xiàn)在負(fù)載投入(移入)后高效地為負(fù)載提供需要的功率，在負(fù)載切除(移除)后工作在低功耗待機(jī)狀態(tài)，降低了系統(tǒng)成本和控制器的設(shè)計(jì)難度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線電能傳輸技術(shù)，具體涉及一種具有雙T型諧振網(wǎng)絡(luò)的ECPT系統(tǒng)及其參數(shù)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

無(wú)線電能傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)技術(shù)借助磁場(chǎng)、電場(chǎng)、激光、微波等軟介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電能從電源系統(tǒng)到用電設(shè)備的無(wú)電氣接觸傳輸，徹底擺脫了導(dǎo)體連接的束縛，從而具有便捷、靈活、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)。作為一種電能柔性接入與傳輸方式，其廣闊的市場(chǎng)前景和科學(xué)研究?jī)r(jià)值正日益引起全球?qū)＜覍W(xué)者的高度重視，現(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣工程及自動(dòng)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。其中，基于電場(chǎng)耦合的電能傳輸方式具有電能耦合機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)易輕薄，形狀易變；在工作狀態(tài)中，電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)的絕大部分電通量分布于電極之間，對(duì)周?chē)h(huán)境的電磁干擾很小；當(dāng)電場(chǎng)耦合機(jī)構(gòu)之間或周?chē)嬖诮饘賹?dǎo)體時(shí)，不會(huì)引起導(dǎo)體產(chǎn)生渦流損耗等特點(diǎn)。因此，越來(lái)越多的專家學(xué)者圍繞電場(chǎng)耦合無(wú)線電能傳輸技術(shù)展開(kāi)研究。該技術(shù)可以為廚房電器和消費(fèi)電子等中小功率設(shè)備供電；在大功率設(shè)備充/供電研究方面，例如電動(dòng)汽車(chē)充/供電領(lǐng)域，也有相關(guān)報(bào)道。

在某些ECPT技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景中，例如電動(dòng)汽車(chē)、廚房電器以及消費(fèi)電子等可移動(dòng)負(fù)載設(shè)備的充/供電，系統(tǒng)的電能拾取端(包括：負(fù)載，拾取端耦合極板以及功率調(diào)節(jié)電路等)經(jīng)常會(huì)從供電系統(tǒng)中移入-移除。拾取端的移入-移除可視為一個(gè)機(jī)械過(guò)程，其時(shí)間尺度遠(yuǎn)大于ECPT系統(tǒng)的運(yùn)行周期。此外，在實(shí)際應(yīng)用中，許多用電設(shè)備都安裝有電源開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)的通斷等效為用電設(shè)備(負(fù)載)的投入-切除。某些家用電器，例如電熱水壺，當(dāng)水沸騰后會(huì)自動(dòng)切斷電源。以上幾種工況可視為負(fù)載在極短的時(shí)間內(nèi)投入到系統(tǒng)或從系統(tǒng)中切除。為了便于區(qū)分，本文將拾取端的移入-移除稱為負(fù)載的移動(dòng)，將用電設(shè)備的投入-切除稱為負(fù)載的投切。

當(dāng)負(fù)載突然切除時(shí)，傳統(tǒng)的串聯(lián)補(bǔ)償將會(huì)在補(bǔ)償電感上產(chǎn)生很大的電壓尖峰，存在安全隱患。因此，有學(xué)者在文獻(xiàn)：L.Huang,A.P.Hu,A.Swain,and Y.G.Su,Z-Impedancecompensation for wireless power transfer based on electric field,IEEETrans.Power Electronics,vol.31,pp.7556-7563,November 2016.提出了一種基于Z阻抗補(bǔ)償?shù)腅CPT系統(tǒng)有效地解決了該問(wèn)題。然而，在MATLAB仿真平臺(tái)用其電路模型和參數(shù)進(jìn)行仿真，仿真發(fā)現(xiàn)逆變器輸出電流在負(fù)載切除后激增，存在燒毀逆變器開(kāi)關(guān)管的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，必須保護(hù)ECPT系統(tǒng)的電能發(fā)射端。此外，雖然一些ECPT系統(tǒng)未采用串聯(lián)補(bǔ)償方式，但是在負(fù)載切除或移除后系統(tǒng)的待機(jī)功率仍然很大，不利于節(jié)能減排，并且系統(tǒng)拓?fù)湟蚕鄬?duì)比較復(fù)雜，需要較多的無(wú)功元件。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明首先提出了一種具有雙T型諧振網(wǎng)絡(luò)的ECPT系統(tǒng)，無(wú)論負(fù)載是移動(dòng)還是投切，該系統(tǒng)都能防止逆變器開(kāi)關(guān)管出現(xiàn)過(guò)電壓和過(guò)電流沖擊。在負(fù)載移除或切除后，系統(tǒng)的輸入功率較小，自動(dòng)進(jìn)入低功耗待機(jī)狀態(tài)，減少系統(tǒng)的損耗；在負(fù)載移入或投入后系統(tǒng)能夠重新高效地為負(fù)載提供需要的功率，并能在負(fù)載移除前后始終穩(wěn)定可靠地工作。以上所有功能都是通過(guò)系統(tǒng)拓?fù)浼捌湎嚓P(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的，不依賴任何額外的檢測(cè)和控制方法，降低了系統(tǒng)成本和控制器的設(shè)計(jì)難度。