[發(fā)明專利]無線充電系統(tǒng)及其波束形成控制方法、多元無線充電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010521787.1
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111585331B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康樂;楊浩東;胡松;高玨
• 申請（專利權(quán)）人: 常熟理工學(xué)院
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02;H02J50/12;H02J50/40;B60L53/12;B60L53/122
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

1.一種無線充電系統(tǒng)及其波束形成控制方法，其特征在于:步驟1、位于互感估計(jì)子系統(tǒng)中的12V電壓源和DC/AC變換器產(chǎn)生頻率為f_m的交流驅(qū)動電壓V_E；

步驟2、逆變產(chǎn)生的交流電驅(qū)動互感估計(jì)接收子線圈產(chǎn)生交變電磁場并與發(fā)射子線圈產(chǎn)生耦合，即從電池組獲取電能并進(jìn)行調(diào)壓逆變后為互感估計(jì)接收子線圈提供與之諧振頻率相同的交流電壓V_E；此時，互感估計(jì)接收子線圈受到電壓V_E的激發(fā)在周圍空間形成交變電磁場；

步驟3、互感估計(jì)發(fā)射子線圈在電磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢V_mi，同時該電動勢被安裝在線圈上的電壓檢測探頭所獲得并傳入計(jì)算機(jī)，即利用基爾霍夫電學(xué)方程對兩線圈中的電學(xué)信息進(jìn)行聯(lián)立求解，即可得到每個發(fā)射線圈與接收線圈的互感，即利用方程組

計(jì)算出所有互感估計(jì)發(fā)射子線圈與接收子線圈之間的互感矩陣M_m2；由于互感估計(jì)接收子線圈中的交流驅(qū)動電壓V_E受AC/DC調(diào)壓變換器控制逆變得來，因此V_E為已知量；互感估計(jì)發(fā)射子線圈的感應(yīng)電動勢由電壓檢測探頭測得，M_m1中包含著所有互感估計(jì)發(fā)射子線圈間的互感信息，為已知質(zhì)量；I_E為互感估計(jì)接收子線圈上的電流值；R_mr為發(fā)射子線圈的內(nèi)阻，R_ma為電壓檢測電阻矩陣；

互感估計(jì)子系統(tǒng)將計(jì)算出的互感矩陣M_m2傳給無線充電子系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)將互感M_m2代入(1)中，生成無線充電子系統(tǒng)發(fā)射子線圈的驅(qū)動電壓矩陣穩(wěn)定電能傳輸功率；波束形成控制法的表達(dá)式如下：

其中M₁＝M_m1、M₂＝M_m2，為無線充電子系統(tǒng)發(fā)射子線圈上的電流矩陣，R_L為無線充電子系統(tǒng)接收子線圈上的負(fù)載阻抗，R_r為該接收子線圈的內(nèi)阻，可忽略；

該方法由兩個多輸入/單輸出的子系統(tǒng)組成，即互感估計(jì)子系統(tǒng)和無線充電子系統(tǒng)，兩個子系統(tǒng)均由數(shù)目一致的發(fā)射線圈和一個接收線圈組成，兩個子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似但諧振頻率互不相同，互感估計(jì)子系統(tǒng)能夠僅利用發(fā)射線圈上的電壓值就能夠準(zhǔn)確計(jì)算出在任意相對位置下發(fā)射線圈與接收線圈間的互感；無線充電子系統(tǒng)的功能是利用估計(jì)出的互感并結(jié)合所述的波束形成控制方法為移動中的電動車提供穩(wěn)定的電能。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線充電系統(tǒng)及其波束形成控制方法，其特征在于:矩陣元素為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線充電系統(tǒng)及其波束形成控制方法，其特征在于矩陣元素如下：

計(jì)算控制無線充電發(fā)射子線圈上的DC/AC變換器產(chǎn)生驅(qū)動電壓開始為接收端充電。

4.一種多元無線充電系統(tǒng)，其特征在于：包括兩個多輸入、單輸出的子系統(tǒng)組成，即互感估計(jì)子系統(tǒng)和無線充電子系統(tǒng)；

兩個子系統(tǒng)均由數(shù)目一致的發(fā)射線圈和一個接收線圈組成，但諧振頻率互不相同；

互感估計(jì)子系統(tǒng)利用發(fā)射線圈上的電壓值計(jì)算出在任意相對位置下發(fā)射線圈與接收線圈間的互感；

無線充電子系統(tǒng)利用估計(jì)出的互感并結(jié)合根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的波束形成控制方法為移動中的電動車提供電能。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多元無線充電系統(tǒng)，其特征在于：互感估計(jì)子系統(tǒng)由n個互感估計(jì)發(fā)射子線圈和一個互感估計(jì)接收子線圈組成；其工作頻率設(shè)為f_m；互感估計(jì)接收子線圈由一個12V電壓源和一個DC/AC變換器驅(qū)動產(chǎn)生頻率為f_m的交變電磁場；每個互感估計(jì)發(fā)射子線圈上都裝有一個電壓檢測電阻和一個電壓檢測探頭，電壓檢測探頭檢測到電壓檢測電阻上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓值，并計(jì)算出發(fā)射子線圈和接收子線圈間的互感；檢測探頭的電壓采樣周期為T。