[發(fā)明專利]基于中繼線圈任意恒壓無(wú)線電能傳輸補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)及補(bǔ)償方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010051861.8
• 申請(qǐng)日: 2020-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111490604A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳慶彬;楊豐鋼;陳為
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J50/12
• 分類號(hào): H02J50/12;H02J50/50
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及一種基于中繼線圈任意恒壓無(wú)線電能傳輸補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)及補(bǔ)償方法。所述含中繼線圈的任意恒壓無(wú)線電能傳輸補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，包括發(fā)射線圈回路、中繼線圈回路、接收線圈回路，所述發(fā)射線圈回路包括串聯(lián)連接的電壓源、發(fā)射線圈、發(fā)射線圈回路補(bǔ)償電容，所述中繼線圈回路包括串聯(lián)連接的中繼線圈、中繼線圈回路補(bǔ)償電容，所述接收線圈回路包括接收線圈、接收線圈回路串聯(lián)補(bǔ)償電容、接收線圈回路并聯(lián)補(bǔ)償電容、負(fù)載。本發(fā)明在保持原有補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上添加并聯(lián)補(bǔ)償電容，并通過(guò)補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)獲得不同等級(jí)的恒壓輸出特性并有效減小了逆變器的容量，較傳統(tǒng)的三線圈結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)失諧問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于中繼線圈任意恒壓無(wú)線電能傳輸補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)及補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)充電系統(tǒng)的安全性、便捷性提出了更高的要求。因此，電動(dòng)汽車的非接觸式充電系統(tǒng)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。當(dāng)傳輸距離增加，無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的傳輸效率迅速下降。為解決這一問(wèn)題，在發(fā)射線圈與接收線圈中間插入中繼線圈是增大無(wú)線能量傳輸距離的簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的有效途徑。

中繼線圈的存在起到能量中轉(zhuǎn)站的作用，但該系統(tǒng)存在多條功率傳輸路徑，使系統(tǒng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)復(fù)雜且難以獲得較好的輸出特性。

目前，現(xiàn)有的補(bǔ)償方式是控制各線圈自感與補(bǔ)償電容的諧振頻率一致，來(lái)提高系統(tǒng)的能量傳輸能力。但這樣的補(bǔ)償方式，第一，負(fù)載的輸出特性由整個(gè)磁耦合系統(tǒng)決定，且無(wú)法完全補(bǔ)償系統(tǒng)的內(nèi)電抗，輸出穩(wěn)壓特性較差。第二，應(yīng)用中含中繼線圈的磁耦合系統(tǒng)存在三個(gè)諧振頻率，相比于不含中繼線圈的兩線圈系統(tǒng)更容易出現(xiàn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)失諧問(wèn)題。第三，含中繼線圈的磁耦合系統(tǒng)存在交叉耦合問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)在各線圈諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)或串聯(lián)電抗補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑏?lái)消除交叉耦合效應(yīng)的影響。但這樣的補(bǔ)償方式需要增加器件數(shù)量，并且磁耦合系統(tǒng)一旦給定其輸出特性就完全確定，無(wú)法通過(guò)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)獲得不同的輸出特性。本發(fā)明針對(duì)三線圈的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)中交叉耦合與失諧問(wèn)題，提出一種含中繼線圈的三線圈磁耦合系統(tǒng)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及參數(shù)確定方法，該方法在保持原有補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上添加并聯(lián)補(bǔ)償電容，并通過(guò)補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)獲得不同等級(jí)的恒壓輸出特性并有效減小了逆變器的容量。該方法中，中繼線圈不工作于諧振狀態(tài)，系統(tǒng)只有兩個(gè)諧振環(huán)節(jié)，較傳統(tǒng)的三線圈結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)失諧問(wèn)題。同時(shí)該方法綜合考慮了交叉耦合的問(wèn)題，使系統(tǒng)完全補(bǔ)償，從而獲得良好的輸出特性。

現(xiàn)有主要的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆腥缦拢?/p>

1、發(fā)射、中繼、接收線圈串聯(lián)電容補(bǔ)償

采用在各線圈串聯(lián)電容補(bǔ)償，將各線圈回路諧振角頻率控制在相同角頻率下，即補(bǔ)償拓?fù)淙鐖D1所示。其中L₁為發(fā)射線圈自感，L_r為中繼線圈自感，L₂為接收線圈自感，M_1r為發(fā)射線圈與中繼線圈之間的互感，M_r2為中繼線圈與接收線圈之間的互感，M₁₂為發(fā)射線圈與接收線圈之間的互感，C₁為發(fā)射線圈回路補(bǔ)償電容，C_r為中繼線圈回路補(bǔ)償電容，C₂為接收線圈回路補(bǔ)償電容。

根據(jù)補(bǔ)償拓?fù)洌谐鋈齻€(gè)回路的KVL方程，如下式：

其輸出特性為：

從其輸出特性表達(dá)式中，不難發(fā)現(xiàn)負(fù)載的輸出電壓難以控制，還與耦合參數(shù)有關(guān)，交叉耦合影響并未消除。而在發(fā)射、中繼、接收線圈串聯(lián)電容諧振補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，添加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)或串聯(lián)電抗補(bǔ)償，如圖2-5所示，都是為了消除交叉耦合的影響，減少無(wú)功功率。