[發(fā)明專利]一種一對多無線電能傳輸系統(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111363809.7
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114069886A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁文;李可;原江楠
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/40;H02J50/80
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

一種一對多無線電能傳輸系統(tǒng)及其控制方法，包括功率變換器、原邊補償電路、傳輸線圈、副邊補償電路組、整流電路、數(shù)據(jù)傳輸模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和控制器；功率變換器、原邊補償電路、傳輸線圈、副邊補償電路組和整流電路依次連接，整流電路連接有負載，負載通過數(shù)據(jù)傳輸模塊連接無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊連接控制器；控制器輸出八路PWM信號，其中四路控制功率變換器，另外四路控制原邊補償電路。本發(fā)明利用磁耦合諧振技術(shù)，通過逆變器運行頻率的切換實現(xiàn)同特定接收線圈的能量耦合，從而完成電能的選擇性無線傳輸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線電能傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種一對多無線電能傳輸系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

無線電能傳輸?shù)母拍詈茉缇鸵呀?jīng)提出，多年的研究發(fā)展已經(jīng)給這一研究領(lǐng)域帶來了諸多成果。隨著用電設(shè)備的種類和數(shù)量不斷增多，多目標無線電能傳輸?shù)男枰灿用黠@。傳統(tǒng)無線電能傳輸系統(tǒng)通常為一對一的能量傳輸，如果需要實現(xiàn)對多目標的選擇性能量傳輸就必須增加原邊的高頻功率變換器和發(fā)射線圈及其補償網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)電路或設(shè)備。這樣一方面會顯著增加系統(tǒng)的體積和成本，同時也增加了協(xié)同控制的復雜性，限制了多目標無線電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用。

現(xiàn)有的一對多無線電能傳輸系統(tǒng)多采用電容陣列的方式來實現(xiàn)補償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的調(diào)整，這種實現(xiàn)方式需要多個開關(guān)器件和電容器件進行組合，系統(tǒng)體積大，且僅能實現(xiàn)有限數(shù)量的運行點，無法實現(xiàn)電容值的連續(xù)調(diào)整，在實際應(yīng)用過程中不利于系統(tǒng)參數(shù)的整定和系統(tǒng)運行中的動態(tài)調(diào)整。從而導致系統(tǒng)無法維持預計的恒流恒壓輸出特性，甚至降低系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種一對多無線電能傳輸系統(tǒng)及其控制方法，以解決上述問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種一對多無線電能傳輸系統(tǒng)，包括功率變換器、原邊補償電路、傳輸線圈、副邊補償電路組、整流電路、數(shù)據(jù)傳輸模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和控制器；功率變換器、原邊補償電路、傳輸線圈、副邊補償電路組和整流電路依次連接，整流電路連接有負載，負載通過數(shù)據(jù)傳輸模塊連接無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊連接控制器；控制器輸出八路PWM信號，其中四路控制功率變換器，另外四路控制原邊補償電路。

進一步的，功率變換器包括四個功率開關(guān)器件，四個功率開關(guān)器件分為兩組并聯(lián)在外部電源上。

進一步的，原邊補償電路包括一個電感組件和兩個電容組件；一個電感組件和兩個電容組件構(gòu)成的LCC結(jié)構(gòu)電路，LCC結(jié)構(gòu)電路連接在兩組功率開關(guān)器件上；電容組件為開關(guān)電容電路。

進一步的，開關(guān)電容電路包括兩個功率開關(guān)器件和一個電容器件，兩個功率開關(guān)器件的源極相連，漏極分別與電容器件兩端相連。

進一步的，控制器輸出八路PWM信號，其中四路分別控制構(gòu)成全橋逆變器的四個功率開關(guān)器件；另外四路分為兩組，分別控制兩組構(gòu)成開關(guān)電容的功率開關(guān)器件。

進一步的，傳輸線圈包括發(fā)射線圈和若干接收線圈；發(fā)射線圈連接在兩個電容組件上，若干接收線圈并排設(shè)置。

進一步的，副邊補償電路組為S結(jié)構(gòu)補償電路，包括若干個副邊補償電路，每個副邊補償電路包括一個副邊電容組件；每個副邊補償電路對應(yīng)一個接收線圈，不同接收線圈和其補償電路的電容器對應(yīng)的諧振頻率不同。

進一步的，整流電路包括若干二極管整流橋和電容，二極管整流橋的個數(shù)和接收線圈個數(shù)相匹配，每個二極管整理橋后均并聯(lián)有電容，形成全橋不控整流。

進一步的，一種一對多無線電能傳輸系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

確定各個接收線圈的諧振頻率，控制器控制功率變換器工作在某一接收線圈的諧振頻率，同時控制器控制原邊補償網(wǎng)絡(luò)中的兩組開關(guān)電容使其等效電容值滿足特定阻抗要求，此時發(fā)射線圈與該接收線圈實現(xiàn)磁諧振耦合，實現(xiàn)電能的選擇性傳輸；