[發明專利]無線充電系統恒流/恒壓輸出的方法

在審

• 申請號: 202110480239.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN112994192A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 劉姣姣;牛王強;陳再興;張依戀;顧偉
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/10;H02J50/12;B60L53/12
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 張妍;包姝晴

本發明公開了一種無線充電系統恒流/恒壓輸出的方法，包含以下步驟：S1、選擇無線充電系統的最優補償拓撲電路，并計算無線充電系統恒流恒壓輸出時的理想電流輸出值及其工作頻率與理想電壓輸出值及其工作頻率；S2、無線充電系統線圈偏移或距離變化時，計算無線充電系統恒流輸出模式下的輸入電壓并調節，使得無線充電系統的輸出電流接近理想電流輸出值；計算無線充電系統恒壓輸出模式下的工作頻率并調節，使得無線充電系統的輸出電壓接近理想電壓輸出值。本發明可以實現在無線充電系統兩側線圈發生偏移或距離變化下對電池進行恒流恒壓充電。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸領域，尤其涉及線圈偏移或距離變化條件下的無線充電系統的恒流/恒壓輸出方法。

背景技術

近年來隨著大氣污染和能源消耗問題的加劇，電動汽車以其清潔高效的特點逐漸取代著傳統的燃油車。將無線電能傳輸技術應用于電動汽車供電成為了熱門的研究方向。電動汽車電池是電動汽車的重要組成部分，是電動汽車正常運行的關鍵。電池的充電方法有三種：恒流充電法、二階段充電法、恒壓充電法。在恒流充電方法的后期，充電電流主要用于電解水產生氣體，導致氣體呼出過多。在恒壓充電初期，電流過大，對電池壽命有很大影響，容易使電池板彎曲，導致電池報廢。因此，采用恒流和恒壓相結合的二階段充電方法。在充電起始階段為恒流模式，隨著電池電壓的上升，充電過程切換到恒壓模式。而電池在充電過程中電壓變化范圍較大，為了延長電池的使用壽命，充電系統需要精確滿足所要求的充電電流及電壓。無線充電系統的輸出狀態受多種參數及工作條件的影響，因此必須保證輸出的負載特性曲線符合電池充電曲線，具有一定的負載適應性。

一般來說，實現電池恒流和恒壓輸出的無線充電方法可以分為兩種：變拓撲法和變工作頻率法。

變拓撲的方法是采用復合拓撲結構，恒流輸出采用種拓撲，恒壓輸出采用另種拓撲，工作頻率保持不變。2015年，曲小慧等人系統地分析了四種基本無線電能傳輸補償結構的輸入和輸出特性，找到了能夠實現恒流或恒壓輸出的拓撲結構和工作條件。提出了基于串串和并串補償或串并和并并補償的混合充電拓撲。2017年黃學良等設計了一種應用于電池充電的無線功率傳輸系統，提出了從恒流充電模式切換到恒壓充電模式的策略。采用LCL-LCL拓撲實現恒流輸出，采用LCL-S拓撲實現恒壓輸出。然而，可變拓撲方法增加了元件的數量和復雜性，當線圈不對準時系統可能處于失諧狀態，從而降低了傳輸效率。

變工作頻率的方法是在單一拓撲結構下實現恒流和恒壓電池的充電特性，但充電過程中需要兩種工作頻率。2014年黃志聰等提出串串拓撲可以實現恒流和恒壓兩種不同頻率的輸出，但不考慮線圈不對中問題。2017年Tran等提出了一種適用于電動汽車車載充電器的高效感應無線功率傳輸系統。此系統增加了兩個帶有諧振電容的中間線圈以提高功率傳輸效率，諧振槽設計兩個不同頻率的電流源和電壓源，實現恒流和恒壓輸出。它給出了無線電能傳輸系統在各種錯位情況下的效率，但沒有給出解決錯位問題的方案。

因此，有必要解決線圈錯位下恒流和恒壓輸出可以實現的問題。

發明內容

本發明提出了一種偏移或距離變化條件下無線充電系統恒流/恒壓輸出的方法，先通過跨導幅值方程估算耦合系數，再根據該耦合系數分別計算無線充電系統恒流輸出模式下的輸入電壓以及恒壓輸出模式下的工作頻率，從而調節無線充電系統的輸出電流或工作頻率，使得無線充電系統恒流輸出或恒壓輸出。

為了達到上述目的，本發明提出一種無線充電系統恒流/恒壓輸出的方法，包含以下步驟：

S1、選擇無線充電系統的最優補償拓撲電路，并計算無線充電系統恒流恒壓輸出時的理想電流輸出值及其工作頻率與理想電壓輸出值及其工作頻率；

S2、無線充電系統線圈偏移或距離變化時，計算無線充電系統恒流輸出模式下的輸入電壓并調節，使得無線充電系統的輸出電流接近理想電流輸出值；計算無線充電系統恒壓輸出模式下的工作頻率并調節，使得無線充電系統的輸出電壓接近理想電壓輸出值。

所述步驟S1具體包含以下步驟：