[發明專利]一種無線電能傳輸方法及其系統

在審

• 申請號: 202110735176.1
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113328531A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 程晨聞;陳婷;花為;鄧富金
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J50/05
• 分類號: H02J50/05
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 劉慧

本發明公開一種無線電能傳輸方法及其系統，屬于無線能量傳輸領域；高頻全橋逆變電路，不需要在電容極板兩端并聯外接電容，從而形成了強耦合的電容耦合器結構，可以獲得恒定電流輸出。通過基于L型電路構造的補償電路，將電容耦合器發射極板電壓和接收極板電壓之間的相位差設計為90°，無功功率將不會從電容耦合器的發射極板傳遞到接收極板。因此，電容耦合器發射極板和接收極板上的電壓應力可以被最小化。與傳統LCLC?LCLC補償的電場耦合式無線電能傳輸系統相比，本發明的電容耦合器不需要在發射極板和接收極板兩端并聯外接電容來降低補償電路中的諧振電感大小，形成強耦合系統，且耦合器發射極板和接收極板所承受的電壓應力最小。

技術領域

本公開屬于無線能量傳輸領域，具體涉及一種無線電能傳輸方法及其系統。

背景技術

無線電能傳輸方式逐漸成為替代傳統電纜充電的方法，它具有了安全性，耐用性和靈活性的特點，補償電路的設計對于改善電場耦合式無線電能傳輸系統(CapacitiveWireless Power Transfer,CPT)的性能至關重要。電場耦合式無線電能傳輸系統中的耦合器結構可以分為水平電容耦合器和垂直電容耦合器兩種。傳統LCLC-LCLC補償的電場耦合式無線電能傳輸系統采用的是水平電容耦合器結構，然而水平電容耦合器結構中的自電容通常只有幾十皮法，為了減小補償電感，必須在電容耦合器的兩端并聯兩個外接電容，這會增加系統的復雜程度并導致電容耦合器呈現松耦合的結構。為了減少諧振補償電路元件的個數，有學者提出了具有垂直電容耦合器結構的LCL-LCL補償拓撲的電容耦合式無線電能傳輸系統，通過讓兩塊發射極板和兩塊接收極板距離分別靠近來增加電容耦合器的自電容，使得該結構不需要并聯外部電容，然而，由于兩塊發射極板之間的距離和兩塊接收極板之間距離很近，兩極板間的電場會很大，空氣可能由于高電場的作用而容易擊穿。在上述兩種電場耦合式無線電能傳輸系統中，由于水平電容耦合器結構中外部電容器的存在或者垂直電容耦合器結構中自電容很大，它們的耦合系數很小，此外，由于補償電感與整個電容耦合器諧振，會使得二次側的阻抗不是純阻性。因此，無功功率會從一次側轉移到二次側，這將導致極板上存在更高的電壓應力。因此，設計一種具有低電壓應力的強耦合電場耦合式無線電能傳輸系統具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本公開的目的在于提供一種無線電能傳輸方法及其系統，解決了現有無線電能傳輸系統中極板上存在更高的電壓應力的問題。

本公開的目的可以通過以下技術方案實現：

所述一種無線電能傳輸方法及其系統包括：高頻全橋逆變電路、包含電感L_f1電容C_f1和電感L₁的原邊LCL補償電路、包含兩塊發射極板P₁、P₂和兩塊接收極板P₃、P₄的電容耦合器、包含電感L₂電容C_f2和電感L_f2的副邊LCL補償電路、負載電阻R_L，原邊LCL補償電路的左側與高頻全橋逆變電路相連，原邊LCL補償電路的右側與電容耦合器的兩塊發射極板相連接，副邊LCL補償電路的左側與電容耦合器的兩塊接收極板相連接，副邊LCL補償電路的右側與負載電阻R_L相連接。高頻全橋逆變電路的輸入電壓為V_dc,高頻全橋逆變電路輸出電壓為V₁。電容耦合器的等效激勵電流源模型包含發送極板側的自電容C₁，接收極板側的自電容C₂，發射極板側的激勵電流源I_M1，接收極板側的激勵電流源I_M2，其中，I_M1＝-jω₀C_MV_C2,I_M2＝-jω₀C_MV_C1,ω₀為系統的諧振角頻率，C_M為電容耦合器的互電容，V_C1和V_C2分別為電容耦合器的發射極板側的電壓與接收極板側的電壓。