[發明專利]抗偏移的LCC-S型無線電能傳輸系統及其參數設計方法

有效

• 申請號: 201911390477.4
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN110994812B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 杜貴平;沈棟;曾煒;李俊杰;楊子江
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/70;H02M7/5387;H02M1/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種抗偏移的LCC?S型無線電能傳輸系統及其參數設計方法，包括全橋逆變模塊、LC濾波模塊、原邊LCC補償網絡、傳輸線圈、副邊補償網絡和負載。全橋逆變模塊可以產生高頻的交流方波，為系統提供電能輸入。LC濾波模塊分別與全橋逆變模塊和原邊LCC補償網絡相連，可以濾除輸入方波中除基頻分量以外的諧波分量。原邊LCC補償網絡與傳輸線圈中的原邊線圈相連，通過適當的方法對原邊LCC補償網絡進行元件參數設計，可以實現無線電能傳輸系統在較寬的耦合系數范圍內保持系統輸出功率的相對穩定。而副邊補償網絡則與傳輸線圈中的副邊線圈形成串聯諧振，最終將電能輸送給負載。本發明系統在較寬的耦合系數范圍內實現平穩的功率輸出，利于提高抗偏移能力。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸的技術領域，尤其是指一種抗偏移的LCC-S型無線電能傳輸系統及其參數設計方法。

背景技術

磁耦合器通常作為無線電能傳輸系統實現發射端向接收端進行能量傳輸的載體，在靜態充電過程中，發射線圈和接收線圈往往難以實現完全對準。通常情況下，線圈間的偏移量越大，則其耦合系數越小，同時耦合系數的變化會直接導致反射阻抗呈平方倍數地減小，進一步使得無線電能傳輸系統的輸出產生較大的波動。與此同時，相對于靜態充電，動態無線充電需要面臨著耦合系數快速變化的問題，這一點在分段式充電中體現得較為顯著。動態充電過程往往難以利用收發側通信的手段實現對輸出功率的快速調節，因此我們更希望無線電能傳輸系統能夠通過自身的系統參數實現對耦合系數變化的自我調節。

為了使無線電能傳輸系統具有對耦合系數變化的自我調節能力，研究學者在磁耦合器優化、新型拓撲結構以及補償參數優化等方向提出了許多新的解決方案，以提高耦合系數變化時的失調性能。DD、DDQ等新型磁耦合器可以有效提高磁場的均衡度，在磁耦合器發生物理偏移的情況下，依然保持磁耦合系數的波動在一個可以接受的范圍內。不同補償拓撲在面對耦合系數變化時，其輸出特性會表現出不同變化趨勢，將S-LCC和LCC-S進行拓撲混合可以控制無線電能傳輸系統的輸出相對恒定。除此之外，通過增設參數合理的額外線圈，同樣可以提高系統的失調性能。

隨著磁耦合器結構進一步的復雜化，其存在重量增加、用銅量增大以及生產困難等問題；而混合拓撲結構和增設額外線圈會使得無線電能傳輸系統的設計變得更加的復雜，同時也存在磁耦合器設計困難的問題。補償參數優化在不需要對磁耦合器和系統拓撲結構進行任何改變的情況，通過對補償網絡參數的優化設計即可實現寬耦合系數范圍內的輸出特性穩定，具有突出的實用價值。通過調節SS拓撲的補償網絡參數，使系統工作在失諧狀態，可以將傳輸功率控制在有效的失配范圍內。在合適的補償參數下，利用SS和PS對耦合系數變化體現出的不同失諧特性，提出了一種新型的SPS拓撲結構，實現25％失調偏移范圍內的寬耦合系數調節性能。針對于LCC和T型拓撲，文獻提出的補償參數選取方式在較大的耦合系數范圍內實現對無線電能傳輸系統的穩定輸出，但其存在參數設計流程復雜等問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出了一種抗偏移的LCC-S型無線電能傳輸系統及其參數設計方法，利用兩個自由調節變量對LCC補償網絡進行參數優化設計，在耦合系數發生變化導致反射阻抗變化時，通過原邊的LCC補償網絡實現對發射線圈電流的自適應調節，進而使得磁耦合器的傳輸功率在寬耦合系數范圍內維持相對穩定。當線圈由于物理偏移造成線圈間的互感發生改變，即線圈間的耦合系數發生改變時，無線電能傳輸系統依然能夠通過補償網絡的自我調節實現輸出功率的波動在一個允許的誤差范圍內，從而解決傳統LCC-S型無線電能傳輸系統在線圈發生偏移時，系統的輸出功率波動較大的問題。