[發明專利]無線充電耦合機構的線圈間傳輸效率的計算方法、系統

在審

• 申請號: 202310154909.1
• 申請日: 2023-02-23
• 公開（公告）號: CN116011253A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 胡蔡飛;孟浩;陳松林
• 申請（專利權）人: 安潔無線科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H02J50/12
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 陳松

本發明提供了一種無線充電耦合機構的線圈間傳輸效率的計算方法、系統，可以準確的計算耦合機構的線圈間傳輸效率，為評估無線充電系統的傳輸效率提供保障，方法包括步驟：對無線充電耦合機構進行仿真建模，耦合機構仿真模型包含的器件包括：發射端和接收端的線圈、鐵氧體鐵心和鋁屏蔽板；獲取耦合機構仿真模型的器件參數；基于獲得的器件參數，由無線充電諧振電路的能量計算發射端和接收端的品質因數，基于品質因數計算獲得線圈間傳輸效率，所述線圈間傳輸效率用于衡量無線充電系統的效率。

技術領域

本發明涉及無線充電效率計算評估領域，具體涉及一種無線充電耦合機構的線圈間傳輸效率的計算方法、系統。

背景技術

由于環境問題和能源危機的日益嚴重，電動汽車開始走進人們的視野。電動汽車在全球的快速發展和廣泛應用，使得無線電力傳輸(WPT)技術在電動汽車無線充電中的商業應用也在加速。無線充電具有高可靠性、安全性和便捷性，特別高度適用于未來的自動駕駛技術。

磁耦合WPT(MC-WPT)，即感應功率傳輸(IPT)，通過磁場傳輸功率，具有功率較大、效率較高、距離較長的綜合性能。這種方法是目前最流行、應用最廣泛的WPT技術，尤其適用于電動汽車無線充電。

汽車無線充電系統如圖1所示，主要分為發射端和接收端。發射端由電源、逆變器、補償網絡和發射線圈組成；接收端由接收線圈、補償網絡、逆變器和負載組成。發射線圈、接收線圈、鐵氧體以及鋁板組成無線充電耦合機構。

系統傳輸效率是無線充電系統一項十分重要的衡量指標，系統傳輸效率受諸多因數影響，其中耦合機構的線圈間傳輸效率是至關重要的一環。耦合機構線圈間傳輸效率η可由式(1)計算得出：

式中，k為耦合機構耦合系數，Q₁為發射端品質因數，Q₂為接收端品質因數。上述參數中，k可由耦合機構有限元仿真得到，而品質因數Q₁和Q₂的仿真計算較為困難。

可以看出，品質因數Q的計算是確定耦合機構線圈間傳輸效率的基礎，也是評估整個無線充電系統效率的重要前提。在串聯諧振電路中，參數定義串聯電路的品質因數如下：諧振回路的特性阻抗與回路電阻之比稱為回路的品質因數，如式(2)所示。

式中，角頻率ω＝2πf，f(Hz)為頻率；L(H)為電感；R(Ω)為線圈等效電阻。

在耦合機構中，角頻率ω和線圈電感L已知，但是線圈等效電阻值計算是困難的。線圈等效電阻R由3部分組成：a)線圈直流電阻R_dc，線圈鄰近效應損耗等效電阻R_j，線圈趨膚效應損耗等效電阻R_f；b)鐵氧體損耗R_C；c)鋁屏蔽板渦流損耗Re。

由于耦合機構的結構復雜且鐵氧體損耗的具有較強的非線性，想要準確計算出各個部分的等效電阻是十分困難的，最終導致耦合機構整個系統的等效電阻無法使用式(2)的定義法計算。

以往的文獻對于耦合機構的Q計算有兩種處理方法：a)不考慮鐵氧體的影響，即在實驗中不加入鐵氧體；b)實驗中加入鐵氧體，但是僅能給出Q變化的趨勢，忽略或者避免去具體計算Q。這樣得到的無線充電系統的系統傳輸效率準確性欠佳，因此急需一種方法來有效計算出耦合機構品質因數，為評估無線充電系統效率提供保障。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種無線充電耦合機構的線圈間傳輸效率的計算方法、系統，可以準確的計算耦合機構的線圈間傳輸效率，為評估無線充電系統的傳輸效率提供保障。

其技術方案是這樣的：一種無線充電耦合機構的線圈間傳輸效率的計算方法，其特征在于，包括以下步驟：