[發明專利]基于動態耦合系數識別的WPT系統的最大效率跟蹤方法

有效

• 申請號: 201910707850.8
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110350674B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 馮宏偉;黃麟;奚茂龍;單正婭
• 申請（專利權）人: 無錫職業技術學院
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/80
• 代理公司: 南京聚匠知識產權代理有限公司 32339
• 代理人: 黎昔耀

1.基于動態耦合系數識別的WPT系統的最大效率跟蹤方法，該WPT系統包括發射端和接收端，所述發射端與所述接收端分別連接有控制器，所述發射端包括Buck-Boost轉換模塊、高頻逆變模塊以及發射線圈；所述Buck-Boost轉換模塊連接48V穩壓電源，變壓后輸出；所述高頻逆變模塊，接收Buck-Boost轉換模塊輸出的直流電，轉變成高頻交流電后輸出；所述接收端包括接收線圈、阻抗匹配網絡模塊以及整流電路模塊；所述接收線圈與所述射端的發射線圈構成諧振電路；所述阻抗匹配網絡模塊與所述接收線圈相連；所述整流電路模塊與阻抗匹配網絡模塊相連，進行整流，為負載電阻R_L提供負載電壓U_L；

所述發射線圈由諧振電容C₁和發射線圈L₁串聯組成；所述接收線圈由諧振電容C₂和接收線圈L₂串聯組成，所述接收線圈的諧振頻率與所述發射線圈的諧振頻率相同，所述發射線圈與所述接收線圈構成諧振電路；所述阻抗匹配網絡模塊為C_b1、C_b2以及電感L_b組成的T型阻抗匹配網絡；所述整流電路模塊為整流二極管D₁-D₄構成的全橋整流，所述整流電路模塊上設有整流橋濾波電容C₃，用于促使負載電壓U_L趨于平滑；整流電路模塊直接連接負載電阻R_L；

其特征在于，該方法的步驟如下：

S1：當發射端和接收端之間建立通信時，發射端控制器將初始化命令發送到接收端，并將初始設定值傳送至接收端控制器；

S2：接收端控制器實時采集負載電阻R_L對應的負載電壓U_L和負載電流I_L，從而監測負載電阻R_L和負載電壓U_L是否有變化，并將這些檢測值反饋到發射端控制器；同時發射端控制器采集發射端輸出電壓u₁和諧振電流i₁，實時計算耦合系數k；其中：

式中：

R:表示接收線圈或發射線圈的電阻，二者內阻值相等；

X_S:作為匹配阻抗引入變量；

R_r:為全橋整流性負載的等效電阻；

U₁:發射端輸出電壓u₁的有效值；

I₁:發射端諧振電流i₁的有效值；

ω:表示系統的諧振角頻率，其值為2πf，f為諧振頻率；

L:表示接收線圈或發射線圈的電感量，二者電感值相等；

S3：當R_L變化時，發射端控制器根據實時獲得的耦合系數k，確定出最佳負載側等效電阻R_i-ηmax，然后通過對阻抗匹配網絡進行調整，使得當前的諧振電路的負載等效電阻達到最佳負載側等效電阻R_i-ηmax，同時對Buck-Boost轉換模塊的占空比d的調整，確保負載電壓U_L等于設備需求電壓U_{L_req}，以確保傳輸系統獲得最大傳輸效率η_max；

當R_L不變，判斷負載電壓U_L是否存在變化，若負載電壓U_L存在變化，說明耦合系數k發生了變化，發射端控制器實時獲取耦合系數k，確定出最佳負載側等效電阻R_i-ηmax，然后通過對阻抗匹配網絡進行調整，使得當前的諧振電路的負載等效電阻達到最佳負載側等效電阻R_i-ηmax，同時對Buck-Boost轉換模塊的占空比d的調整，確保負載電壓U_L等于負載需求電壓U_{L_req}，以確保傳輸系統獲得最大傳輸效率η_max。