[發明專利]一種雙向無線電能傳輸系統的功率傳輸方法及裝置

在審

• 申請號: 202210939331.6
• 申請日: 2022-08-05
• 公開（公告）號: CN115378270A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 陳昌松;陳浩文;賈舒然;徐志文
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/219;H02M7/5387;H02M1/00;H02M1/088;H02M1/14;H02M5/10;H02J50/80
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳

本發明公開了一種雙向無線電能傳輸系統的功率傳輸方法及裝置，屬于無線電能傳輸領域，包括：將系統兩側激勵電壓的多個相鄰開關周期組合為一個調制周期，以一個調制周期為單位調制系統兩側的激勵電壓。在各調制周期內，同一時間只不對稱地調節某一電壓半波的脈寬，其它電壓半波的脈寬保持不變，各電壓半波的調制次序需要使激勵電壓沿時間軸均勻分布。系統負載端各調制周期內激勵電壓的總脈寬β_t由PI環節得到，系統源端各調制周期內激勵電壓的總脈寬α_t則由負載匹配條件得到，系統的外移相角δ由所有開關器件的ZVS條件得到。本發明更容易實現ZVS，使系統在極寬功率范圍內能保持很高的功率因數，減小了系統中的無功環流損耗，提升了系統的整體傳輸效率。

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸領域，更具體地，涉及一種雙向無線電能傳輸系統的功率傳輸方法。

背景技術

電動汽車不僅可以作為負載，還可以作為分布式儲能單元與電網互動，向電網提供電能，參與電網的能量管理和調度。能量在電網與電動汽車之間的雙向流動需要雙向感應式無線電能傳輸技術作為支撐。采用雙向無線電能傳輸(Bidirectional InductivePower Transfer,BIPT)技術對電動汽車進行充放電有諸多好處，一是無接觸式的充放電可以避免產生火花、插頭松動、下雨時漏電等安全隱患；二是不占用地上面積，且維護成本較低。由于變換器和感應式線圈是埋入地下的，因此不會像地上的充電樁一樣容易遭到破壞；三是與智能電網、智能微網的發展相適應，一旦電動汽車?？吭谥付ㄎ恢茫憧梢宰詣訁⑴c到與電網的互動中，電網的能量調度中心會依據車主的用車習慣和電網運行的實時狀態等條件智能安排電動汽車的充放電計劃，最終使各方都能受益。

對BIPT系統的傳輸功率進行調節時，為了使其中間交流環節的傳輸效率最高，兩側全橋變換器的內移相角α、β需滿足負載匹配條件。隨著系統傳輸功率越來越小，α、β也越來越小，為了實現各開關器件的ZVS軟開關以減小開關損耗，外移相角δ也需相應減小，但δ的減小會使系統中的無功功率增多，從而降低系統的整體傳輸效率。因此，系統的傳輸功率越小，傳輸效率越低。

為了提高雙向無線電能傳輸系統輕載時的效率，已提出了諧波功率傳輸方法。該方法通過調節系統兩側全橋變換器的開關頻率為原本的1/n，使系統可以實現n次諧波功率傳輸，但該方法只能提高系統在0～1/n²額定功率范圍內的效率，當系統的傳輸功率大于1/n²額定功率時，系統的效率不能得到優化。且在1/n²額定功率點處切換開關頻率時，系統兩側激勵電壓的脈寬和分布都會發生跳變，切換過程不是連續、平滑的，會影響系統的安全穩定運行。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種雙向無線電能傳輸系統的功率傳輸方法及裝置，其目的在于，通過諧波功率傳輸的方式提高系統全功率范圍內的傳輸效率，并且諧波次數的切換、激勵電壓的調制都是來連續的。

雙向無線電能傳輸系統包括依次級聯的源端全橋逆變電路，源端諧振補償網絡，耦合機構，負載端諧振補償網絡，負載端整流電路和濾波電路，功率傳輸方法包括：

將系統兩側激勵電壓的n個相鄰的開關周期組合為一個調制周期，用α_t、β_t分別表示系統兩側各調制周期內所有電壓脈波的寬度之和，α_t、β_t的取值范圍都為[0,2nπ]。BIPT系統滿載運行時，總脈寬α_t、β_t都為2nπ，各電壓脈沖半波的寬度都為π。隨著系統傳輸功率由最大值下降到0，在調制周期內依次、不對稱地調節各電壓脈沖半波的寬度，使總脈寬α_t、β_t從2nπ單調減小至0。

進一步地，調節各電壓脈沖半波的寬度，包括：