[發(fā)明專利]一種對(duì)鋰電池充電的無線充電系統(tǒng)及其效率優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010545457.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN111917195B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚林林;孟濤;黃學(xué)良;湯宗堯;鐘汝瑩;李佳承
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J50/12
• 分類號(hào): H02J50/12;B60L53/12;G06F30/23;H03H11/28
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發(fā)明公開了一種對(duì)鋰電池充電的無線充電系統(tǒng)及其效率優(yōu)化方法，系統(tǒng)主電路包括高頻逆變電路、無線電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射端、無線電能傳輸系統(tǒng)接收端、整流電路和阻抗匹配電路。并基于新型開關(guān)管材料和軟開關(guān)技術(shù)對(duì)逆變電路進(jìn)行效率優(yōu)化，基于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鎏岢龆嗄繕?biāo)優(yōu)化算法對(duì)其進(jìn)行效率優(yōu)化，基于阻抗匹配技術(shù)提出負(fù)載最優(yōu)效率跟蹤。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為大功率鋰電池進(jìn)行充電，且可以有效提高無線電能傳輸系統(tǒng)的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)鋰電池充電的無線充電系統(tǒng)及其效率優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

無線電能傳輸技術(shù)是目前比較新型的電能傳輸技術(shù)之一，可通過空氣等媒介，避開電纜線的直接物理連接實(shí)現(xiàn)能量的有效傳遞，依托感應(yīng)、磁耦合諧振、微波等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)傳輸距離為幾厘米至幾米，傳輸功率幾瓦至幾十千瓦，同時(shí)也具備了供電方式靈活，綠色環(huán)保、無接觸電火花、充電過程中無人工插拔操作、無機(jī)構(gòu)磨損等一系列優(yōu)點(diǎn)。

電動(dòng)汽車比傳統(tǒng)汽車更加綠色環(huán)保，引起了廣泛的關(guān)注。而能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車鋰電池提供大功率且高效地充電成為該問題的研究熱點(diǎn)之一。針對(duì)現(xiàn)有的對(duì)鋰電池充電的無線電能傳輸技術(shù)而言，其多采用S-S型低階拓?fù)洌m然該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，但只能為小功率的電池充電。而且由于鋰電池隨著充電量不同，電阻呈現(xiàn)非線性變化，使得系統(tǒng)的傳輸效率往往不能最優(yōu)。所以設(shè)計(jì)適用于為電動(dòng)汽車鋰電池供電的大功率、高效率無線電能傳輸系統(tǒng)是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種對(duì)鋰電池充電的無線充電系統(tǒng)及其效率優(yōu)化方法，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率鋰電池進(jìn)行高效的無線供電。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種對(duì)鋰電池充電的無線充電系統(tǒng)，包括高頻逆變電路、無線電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射端、無線電能傳輸系統(tǒng)接收端、不控整流電路和阻抗匹配電路；所述高頻逆變電路的兩個(gè)電能輸出端與所述的無線電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的電能輸入端相連；所述的無線電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射端包括LCC型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜔o線電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射線圈；所述的無線電能傳輸發(fā)射端與無線電能傳輸系統(tǒng)接收端為電氣隔離，存在磁耦合感應(yīng)；所述無線電能傳輸接收端包括無線電能接收線圈和S型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；所述無線電能傳輸接收端的兩個(gè)電能輸出端與不控整流電路的電能輸入端相連；所述的不控整流電路的電能輸出端與阻抗匹配電路的電能輸入端相連。

進(jìn)一步地，所述的高頻逆變電路為電壓型全橋逆變電路，包括四個(gè)SiC-MOSFET開關(guān)管和四個(gè)不控型二極管，SiC-MOSFET開關(guān)管與不控型二極管反向并聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述無線電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的LCC補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒òl(fā)射側(cè)補(bǔ)償電感L_p1與補(bǔ)償電容C_P、C_P1；所述無線電能傳輸系統(tǒng)發(fā)射線圈由利茲線繞制而成，其電感為L_P，寄生內(nèi)阻為R_P。

進(jìn)一步地，所述無線電能傳輸接收端的S型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒ㄑa(bǔ)償電容C_S；所述無線電能傳輸系統(tǒng)接收線圈由利茲線繞制而成，其電感為L_S，寄生電阻為R_S；

進(jìn)一步地，所述不控整流電路為單相橋式不控整流電路，包括4個(gè)不可控二極管和穩(wěn)壓電容。

進(jìn)一步地，所述阻抗匹配電路包括DC-DC變換器，為BUCK-BOOST電路，開關(guān)管采用SiC-MOSFET開關(guān)管，其輸出端與鋰電池負(fù)載連接，為鋰電池供電。

上述對(duì)鋰電池充電的無線充電系統(tǒng)的效率優(yōu)化方法，該方法包括如下步驟：

(1)對(duì)于高頻逆變電路，開關(guān)管器件采用軟開關(guān)啟動(dòng)，以降低開關(guān)產(chǎn)生的通斷損耗和承受的電壓/電流應(yīng)力；

(2)對(duì)于包括發(fā)射/接收線圈和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞拇篷詈蠙C(jī)構(gòu)，效率優(yōu)化設(shè)計(jì)又包括如下步驟：