[發明專利]一種無線充電系統的雙邊LCC補償網絡調節方法及系統

有效

• 申請號: 202010730011.0
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111835092B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 鄧鈞君;王震坡;毛乾寧;王碩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J50/12;H02J7/00;H02J7/02;B60L53/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

本發明涉及一種無線充電系統的雙邊LCC補償網絡調節方法及系統。該方法包括獲取無線充電系統中補償元件的額定參數值、額定工作頻率以及原邊發射線圈和副邊接收線圈對準時的標準耦合系數；根據補償元件的參數值的變化確定無線充電系統輸出性能的變化率；根據無線充電系統輸出功率的變化率確定可調補償元件；獲取原邊發射線圈和副邊接收線圈的實時耦合系數；判斷實時耦合系數是否小于耦合系數閾值；若實時耦合系數不小于耦合系數閾值，則調節無線充電系統的工作頻率；若實時耦合系數小于耦合系數閾值，則同時調節無線充電系統的工作頻率和可調補償元件。本發明降低了控制的復雜程度，實現了無線充電系統在弱耦合情況下的額定功率的輸出。

技術領域

本發明涉及無線充電領域，特別是涉及一種無線充電系統的雙邊LCC補償網絡調節方法及系統。

背景技術

無線能量傳輸(Wireless Power Transfer，WPT)因其便捷、安全、耐用以及適應性強等優點，廣泛應用于醫療、通訊、交通等領域。其在電動汽車上的使用有希望解決充電不便捷性的問題。系統的核心部分主要包括磁耦合機構、補償網絡、原邊逆變器與副邊整流橋，結構框圖如圖1所示，其顯著的特點是耦合器兩線圈之間存在較大的間隙，為松耦合。功率傳輸基于法拉第電磁感應原理，在耦合器原邊線圈接入交變電流產生交變磁場，副邊線圈感應出電能，從而實現電能在分離的原副邊間的傳遞。實際工作過程如下：電網工頻交流電壓接入系統，首先經過PFC整流為中間級直流電壓，再經逆變器形成高頻交流電壓，高頻電壓施加在由原邊補償網絡與原邊發射線圈組成的原邊諧振電路中；副邊接收線圈感應出高頻交流電壓，經過副邊線圈與副邊補償網絡構成的副邊諧振電路后，高頻交流電壓通過整流器成為車載電池需要的直流電壓，從而為車載電池充電。

由于系統依靠一組松耦合的線圈傳遞能量，補償網絡對于提升效率與功率必不可少。雙邊LCC補償網絡因其具有較好的穩定性，諧振頻率不受耦合系數與負載變化的影響，且可工作于單位功率因數下而受到關注。電動汽車無線充電系統傳輸功率與效率對汽車停靠位置的準確度要求很高，但實際應用中停車偏差難以避免，傳能線圈的對位難免偏移，導致耦合系數下降，傳遞功率的能力下降。

為解決上述問題，專利CN 110277820 A設計了一種基于LCC補償網絡的參數自調節無線充電系統。本質是一種自動調節補償電路電感和電容的裝置：首先，系統中的控制器具有運算系統補償電容和補償電感的參數的功能，當把系統已知的頻率、輸入輸出電壓、線圈自感、最大功率等參數寫入控制器中時，其能夠自動計算諧振狀況下需要的補償參數；原副邊補償電感具有滑動觸頭(類似于滑動變阻器)，控制原副邊補償電感的滑動觸頭的移動位置至計算的電感值處；原副邊補償電容采用可變電容陣列，可變電容陣列由若干個電容元件串并聯組成，且在各支路設有開關元件，控制電容陣列內各開關的通斷情況，從而使補償電容(可變電容陣列)達到某一計算好的值。可達到的效果為：在不拆裝變動元器件的情況下快速實現元器件參數的調節，有效提高能量傳輸效率。但是雙邊LCC補償網絡具有多個補償元件，包括2個補償電感、4個補償電容。該方案無差別地將所有補償元件都設計為參數可調的元件，為了保證一定的可調范圍，額外增加了許多電子器件，這增加了系統的復雜性，增大了系統的體積，提高了系統的成本，實際應用中可能會受安裝空間的限制，從而制約其可行性。

專利CN 110971015 A設計了一種地面和車載可調LCC諧振無線充電系統，由地面控制單元與車載控制單元組成。方案中的地面控制單元根據負載的變化、線圈偏移量的變化和輸入電源的波動，通過調節地面可調LCC補償網絡功率管Qp1與Qp2的占空比調節可變電容Cp2的大小，進而調整地面單元的阻抗，使地面單元工作在諧振的狀態。車載控制單元根據線圈偏移距離變化和負載變化引起的阻抗變化，通過調節車載可調LCC諧振網絡功率管Qs3與Qs4的占空比調整電容Cs2的大小，進而調整車載單元的阻抗，使車載單元工作在諧振狀態。兩個單元協同工作，使整個無線充電系統實現磁耦合諧振充電。但是并沒有給出選擇并聯補償電容為可調對象的理論依據；除此之外，電容的調節依靠調節功率管的占空比實現，增加了控制的復雜程度，功率管的增加也提升了成本；整體系統結構較為復雜。