[發明專利]一種用于雙負載WPT系統的雙頻補償及功率解耦控制系統

有效

• 申請號: 202011376772.7
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112564308B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 高鑫;杜博超;崔淑梅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/40;H02J50/80;H02J7/04;H02J7/02;H02M3/28;H02M3/335;H02M7/48;H02M7/5387
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發明是一種用于雙負載WPT系統的雙頻補償及功率解耦控制系統。本發明涉及無線電能傳輸技術領域，直流電源為整個系統提供電能，第一DC/DC變換電路實現全橋逆變電路輸入側直流母線電壓的調節，全橋逆變電路將直流電變換為高頻交流電，供發射線圈使用，雙頻補償網絡允許全橋逆變電路輸出端兩種頻率成分的電流通過，供給到發射線圈。兩個接收線圈分別接收這兩種頻率分量的能量，實現解耦輸出。本發明提出了一種頻率可任意設定的雙頻補償網絡及其參數設計方法，可以實現發射電流兩種頻率分量的硬件恒流，降低逆變源的設計難度。同時提出了兩種頻率分量的功率解耦控制方法，可以實現兩個負載輸出功率的同時調節。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸技術領域，是一種用于雙負載WPT系統的雙頻補償及功率解耦控制系統。

背景技術

無線電能傳輸技術可以實現非接觸、全隔離的電能供給，與有線供電相比具有更高的可靠性、更強的環境適應性以及更便捷的人機交互性，因此得到了廣泛重視和研究。該技術已經在移動通訊設備、家用電器、生物醫療、電動汽車、軌道交通等多領域得到應用。

單接收端WPT(Wireless power transfer,WPT)系統的耦合機構設計、補償網絡特性、功率控制方法等技術已經比較成熟。然而在實際應用中，存在一個發射線圈同時為多個接收端供電的情況。多接收端系統存在兩方面突出問題：首先，由于空間和位置的限制，距離較近的兩接收線圈之間存在交叉耦合，輸出功率和系統效率均會受到影響；其次，多個負載同時工作時，需要實現各接收端功率的解耦控制。

為了對接收線圈進行解耦從而提高系統性能，可以通過設計正交的磁路來實現，但受到接收端空間和尺寸的影響，結構上的解耦往往受限。還可以通過匹配系統的最佳諧振頻率或最優工作負載，實現輸出功率最大或系統效率最高的目的，但往往使得最佳頻率偏離固有諧振頻率點，增大系統無功。此外，可以利用頻率分叉現象對多個負載的功率進行解耦控制，將不同接收端的諧振頻率設置在不同的分叉點，輸出功率的大小通過調節工作頻率實現。然而這種方法并未達到每一個接收端和發射端之間耦合能力的最大值，在實際意義上屬于一種考慮折衷下的最優解。

多頻無線電能傳輸技術給接收端的解耦控制提供了新的解決方案，為多個接收端配置不同的諧振頻率，通過在發射電流中疊加各頻率的電流分量，實現功率上的解耦，解決接收端交叉耦合引起的輸出功率降低問題，提高系統效率。目前有兩種實現方案：第一種利用諧振頻率的基波和奇次諧波傳輸能量，然而其各接收端的諧振頻率無法隨意設定；第二種通過多個逆變源串聯或耦合的方式提供多個頻率的發射電流分量，具有頻率任意設定的優點，但是逆變源結構復雜，成本較高，控制難度大。

如何能在諧振頻率隨意設定的前提下簡化逆變源的結構及功率解耦控制方法，仍需進一步研究。

發明內容

本發明為了降低電機體積，提高系統的響應速度，同時提高系統的集成度和可靠性，本發明提供了以下技術方案：

一種用于雙負載WPT系統的雙頻補償及功率解耦控制系統，所述系統包括發射端、第一接收端和第二接收端；

所述發射端包括直流電源、第一DC/DC變換電路、全橋逆變電路、雙頻補償網絡和發射線圈；

所述直流電源連接第一DC/DC變換電路，所述第一DC/DC變換電路連接全橋逆變電路，所述全橋逆變電路連接雙頻補償網絡，所述雙頻補償網絡連接發射線圈。

優選地，所述第一接收端包括第一接收線圈、第一串聯補償電路、第一高頻整流電路、第二DC/DC變換電路和第一負載；

所述第一接收線圈與發射線圈互感，所述第一接收線圈連接第一串聯補償電路，所述第一串聯補償電路連接第一高頻整流電路，所述第一高頻整流電路連接第二DC/DC變換電路，所述第二DC/DC變換電路連接第一負載。

優選地，所述第二接收端包括第二接收線圈、第二串聯補償電路、第二高頻整流電路、第三DC/DC變換電路和第二負載；