[發(fā)明專利]一種電動汽車高效率穩(wěn)壓無線充電系統(tǒng)及其設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113422441A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏晨陽;李曉麗;楊子躍;楊旭浩;魏楠;廖志娟;劉鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué);徐州凱斯特機電科技有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J7/00;H02M3/335;H02M3/158;H02M1/44;B60L53/12
• 代理公司: 南京新眾合專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32534
• 代理人: 彭雄

本發(fā)明提出一種電動汽車高效率穩(wěn)壓無線充電系統(tǒng)及其設(shè)計方法，該方法包括以下步驟：構(gòu)建所述系統(tǒng)的互感電路模型及其傳輸效率表達式；基于所述傳輸效率表達式求出最優(yōu)負載的表達式以及最優(yōu)負載下所述系統(tǒng)的輸出功率表達式；在最優(yōu)負載的前提下，將預(yù)設(shè)的BUCK電路的最大占空比和所述系統(tǒng)的最大功率代入所述輸出功率表達式，得到原邊補償電感與原邊線圈電感的比值N，根據(jù)N配置LCC?S補償電路的參數(shù)；通過阻抗匹配電路調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)的等效負載值，使等效負載值始終跟隨最優(yōu)負載值，以實現(xiàn)最大效率跟蹤控制。本發(fā)明可以實現(xiàn)為大功率電動汽車蓄電池進行高效率穩(wěn)壓充電，從而提高系統(tǒng)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種電動汽車高效率穩(wěn)壓無線充電系統(tǒng)及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)

目前，電動汽車多采用無線充電技術(shù)。在電動汽車無線充電過程中，電動汽車的蓄電池類負載的等效電阻是不斷變化的，這導(dǎo)致整個無線充電系統(tǒng)的傳輸效率較低。

為了提高無線充電系統(tǒng)的傳輸效率，逄海萍、邱毅、陳浩然發(fā)表了一篇名為《基于最優(yōu)負載匹配的WPT系統(tǒng)的最大效率跟蹤》的論文，論文中設(shè)計了鎖相環(huán)諧振頻率跟蹤和基于擾動觀察算法的最優(yōu)阻抗匹配方法，實現(xiàn)了WPT系統(tǒng)的最大效率跟蹤。但是，該論文提出的方案存在以下問題：

(1)雖然實現(xiàn)了系統(tǒng)的最大效率跟蹤，但是由于系統(tǒng)參數(shù)不變，導(dǎo)致所能達到的最大效率值仍然偏低；

(2)擾動觀察算法易產(chǎn)生誤差，同時降低了效率跟蹤速度；

(3)只考慮系統(tǒng)效率單一輸出指標，而對系統(tǒng)的輸出電壓并沒有進行穩(wěn)壓優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出一種電動汽車高效率穩(wěn)壓無線充電系統(tǒng)及其設(shè)計方法，該系統(tǒng)能夠降低控制器對模型的依賴度，且能夠在寬負載范圍擾動下實現(xiàn)快速準確地輸出恒定電壓，同時提升系統(tǒng)整體效率，保證系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定特性。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種電動汽車高效率穩(wěn)壓無線充電系統(tǒng)的設(shè)計方法，所述充電系統(tǒng)為LCC-S型無線電能傳輸系統(tǒng)，包括依次級聯(lián)的直流電源、原邊BUCK電路、高頻逆變器、LCC-S補償電路、整流電路、阻抗匹配電路、負載；所述方法包括以下步驟：

(1)構(gòu)建所述系統(tǒng)的互感電路模型，構(gòu)建所述互感電路模型的傳輸效率表達式；

(2)基于所述傳輸效率表達式求出最優(yōu)負載的表達式以及最優(yōu)負載下所述系統(tǒng)的輸出功率表達式；

(3)在最優(yōu)負載的前提下，將預(yù)設(shè)的BUCK電路的最大占空比D_1max和所述系統(tǒng)的最大功率P_omax代入所述輸出功率表達式，得到原邊補償電感與原邊線圈電感的比值N，根據(jù)N配置LCC-S補償電路的參數(shù)，即可使得系統(tǒng)輸出功率最高，且使得最優(yōu)負載下的所述互感電路模型的傳輸效率最高；

(4)通過阻抗匹配電路調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)的等效負載值，使等效負載值始終跟隨最優(yōu)負載值，以實現(xiàn)最大效率跟蹤控制。

進一步的，所述設(shè)計方法還包括步驟：在系統(tǒng)的原邊進行線性自抗擾穩(wěn)壓控制，以實現(xiàn)所述系統(tǒng)在變負載條件下的穩(wěn)壓輸出。

本發(fā)明還提出一種電動汽車高效率穩(wěn)壓無線充電系統(tǒng)，所述系統(tǒng)采用所述設(shè)計方法設(shè)計而成。

進一步的，在所述電動汽車高效率穩(wěn)壓無線充電系統(tǒng)中，所述LCC-S補償電路前端還設(shè)置有LC濾波電路。

具體的，在所述電動汽車高效率穩(wěn)壓無線充電系統(tǒng)中，所述副邊阻抗匹配電路為BUCK-BOOST電路，而所述最大效率跟蹤控制的方法為：

在BUCK-BOOST變換器工作在連續(xù)導(dǎo)通模式下，通過控制BUCK-BOOST電路開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷，控制等效負載值跟隨最優(yōu)負載值。