[發明專利]一種具有多恒流輸出的多容性能量傳輸系統

有效

• 申請號: 202110823070.7
• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113541323B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 程晨聞;陳婷;鄧富金;花為
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J50/05
• 分類號: H02J50/05;H02J50/50
• 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: 邢彬

本發明公開一種具有多恒流輸出的多容性能量傳輸系統，屬于無線能量傳輸領域；一種具有多恒流輸出的多容性能量傳輸系統包含中繼單元#0?#N，呈線性依次排列，相鄰中繼單元通過發射極板和接收極板之間的電場耦合來進行能量傳輸；中繼單元#0包含兩個發射極板，中繼單元#1?#N?1包含垂直放置的兩個接收極板和兩個發射極板，中繼單元#N包含兩個接收極板，給出了含有多個中繼單元的電容耦合器的等效π模型，設計了帶分裂電感的補償網絡，實現了與負載無關的恒流輸出；本發明系統具有可以延長傳輸距離，實現中繼單元解耦，且不同負載之間互不干擾，控制流程簡單，成本低的優勢。

技術領域

本公開屬于無線能量傳輸領域，具體涉及一種具有多恒流輸出的多容性能量傳輸系統。

背景技術

電場耦合式無線電能傳輸(Capacitive?Wireless?Power?Transfer,CPT)系統以高頻電場作為能量載體，高頻交流電作用在發射極板上，發射極板與接收極板間形成交互電場，進而產生位移電流，實現了極板間的能量傳輸，具有可穿越金屬隔離層、電磁輻射低、體積小等優點，近年來受到了研究人員的廣泛關注。目前，電場耦合式無線電能傳輸系統的研究多集中于為單個負載進行供電，然而，在某些情況下，需要以恒定電流同時為多個負載供電，例如為串聯的電池充電和為多個發光二極管(LED)供電。現有的多負載電場耦合式無線電能傳輸系統需要讓相鄰的發射極板以及相鄰的接收極板之間的距離足夠大來減小交叉耦合，但這會使得耦合器的占地表面積很大。此外，當電容耦合器的發射極板與接收極板之間的距離很大時，互電容會很小，因此，無法進行長距離的能量傳輸。

近年來，本發明人提出含有多個中繼單元的磁場耦合無線電能傳輸(InductiveWireless?Power?Transfer,IPT)系統給多個負載供電的結構，其具有能夠延長傳輸距離并且消除中繼單元內線圈耦合的優點，然而磁場耦合無線電能傳輸方式的渦流損耗以及高成本成為制約其發展的重要原因。此外，對于現有的多負載電場耦合式無線電能傳輸系統中，尚未有學者研究含有多個極板的電容耦合器的等效π模型。因此，設計一種具有恒流輸出特性，建立含有多個中繼單元的電容耦合器的等效模型，采用含多個中繼單元的電場耦合無線電能傳輸系統給多個負載同時供電，延長傳輸距離，并且實現中繼單元解耦對無線能量傳輸技術的發展具有重要意義。

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具有多恒流輸出的多容性能量傳輸系統，解決了現有技術中無線電能傳輸系統無法進行遠距離能量傳輸和多負載供電的問題。

本公開的目的可以通過以下技術方案實現：

一種具有多恒流輸出的多容性能量傳輸系統，包括一個逆變器和呈線性依次排列中繼單元#0-#N，相鄰中繼單元之間通過發射極板和接收極板之間的電場耦合來進行能量傳輸；

進一步地，中繼單元#0包含包含發射極板P₁和P₂，中繼單元#m(m＝1,2,…,N-1)包括發射極板P_4(m-1)+3和P_4(m-1)+4，接收極板P_4m+1和P_4m+2，中繼單元#N包括中繼單元#N包括接收極板P_4(N-1)+3和P_4(N-1)+4；中繼單元#0的輸入電壓為逆變器的輸出電壓。

進一步地，所述中繼單元#0包括補償電感L_{1_1}和L_{1_2}構成的含分裂電感的L補償網絡，以及外部電容C_ex,1，其中，補償電感L_{1_1}和L_{1_2}的左側與逆變器的輸出相連，右側與外部電容C_ex,1相連，同時外部電容C_ex,1與發射極板P₁和P₂并聯，L_{1_1}＝L_{1_2}。