[發明專利]一種基于S-PS補償的無線充電系統及使用方法

在審

• 申請號: 202210359132.8
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114784994A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 楊林;耿直;張莉
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02M3/335;H02M1/088;H02J7/00
• 代理公司: 洛陽谷豐專利代理事務所(普通合伙) 41208
• 代理人: 李騰飛

本發明公開一種基于S?PS補償的無線充電系統及使用方法，包括有發射裝置和接收裝置，所述發射裝置由直流電源U_D、高頻逆變器、發射線圈L_P和原邊補償單元組成并形成閉合回路，所述接收裝置由接收線圈L_S、全橋整流器、濾波電容C_F、濾波電感L_F、補償單元和電池負載R_L組成，使用方法為系統以恒流充電頻率f_cc對電池負載進行恒流模式充電，負載電壓不斷上升，當負載電壓上升至預設電壓時，系統將恒流充電頻率f_cc切換為恒壓充電頻率f_cv，對電池負載進行恒壓模式充電，負載電流不斷降低，當電池充電電流小于截止電流時，電池充電過程結束；本發明主要優勢為結構簡單、無補償電感、性能穩定、無功損耗小、成本低。

技術領域

本發明涉及一種基于S-PS補償的無線充電系統及使用方法，屬于無線充電技術領域。

背景技術

自21世紀以來，電氣工程技術進入了快速發展的階段，人們生活的電氣化程度越來越高，電能的運用隨處可見，從而給感應式無線電能傳輸技術帶來了巨大的發展潛力。感應式無線電能傳輸技術相對于傳統的插拔式充電系統具有更安全、高效、便捷等優點，已經受到了廣泛的關注和研究。目前，該項技術已經在電動汽車充電、消費電子產品、水下探測設備、無人機等領域中發揮了重要作用。根據經典的電池充電特性，在剛開始為電池進行充電時，系統需要以恒流模式為電池供能，電池充電電壓在此過程中不斷上升，當電池充電電壓上升至預設電壓時，系統將從恒流模式切換為恒壓模式繼續為電池供能。在恒壓模式過程中，電池充電電流逐漸下降，電池的等效電阻逐漸增加，當電池充電電流下降至截止電流時，系統完成對電池的功能，整個充電過程結束。因此，為延長電池的使用壽命，對電池進行恒流和恒壓模式充電至關重要。在對電池進行恒流和恒壓模式供能的研究中，通常采用的是對控制技術改進和拓結構切換兩種方法。其中，對控制技術改進的過程中不僅增加了控制系統的復雜性，降低系統的可靠性，還增加系統的損耗和應用成本；當對拓撲結構切換進行改進時，經常會引入額外的交流開關和更多的補償元件以及驅動電路，這將會增加系統的體積、質量和成本，違背了系統設計輕便、節能的原則。

發明內容

本發明提供一種基于S-PS補償的無線充電系統及使用方法,使用該系統可以實現在兩個固定的頻率點上對電池進行恒流模式和恒壓模式的輸出，所提拓撲結構簡單、補償元件少且不含補償電容，性能穩定、無功損耗小、成本低。

本發明實現過程：

一種基于S-PS補償的無線充電系統，包括有發射裝置和接收裝置；

所述發射裝置由直流電源U_D、高頻逆變器、發射線圈L_P和原邊補償單元組成并形成閉合回路，所述原邊補償單元包括有補償電容C_P，所述高頻逆變器將從直流電源U_D輸入的直流電轉換為交流電，經過串聯補償電容C_P后接入發射線圈L_P，形成一個閉合回路；

所述接收裝置由接收線圈L_S、全橋整流器、濾波電容C_F、濾波電感L_F、補償單元和電池負載R_L組成，所述補償單元包括有補償電容C_T和補償電容C_M，所述補償電容C_T與接收線圈L_S并聯后與補償電容C_M串聯，之后接入全橋整流器，所述全橋整流器輸出端串聯濾波電感L_F后再并聯濾波電容C_F后接入電池負載R_L；

其中，補償元件發射線圈補償電容C_P、接收線圈補償電容C_T和C_M的值將由下述方法確定；

所述發射線圈補償電容C_P由(1)式確定：