【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無線電能傳輸，具體涉及一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法。
技術介紹
1、感應式無線電能傳輸(inductive?power?transfer，ipt)技術以交變電磁場為媒介，能夠實現能量從電源到負載的無物理接觸傳輸，具有供電安全、靈活、可靠等特性，目前已在電動汽車、無人機、水下探測等多個領域得到實際應用。然而，在多數應用場合中，發射線圈與接收線圈不可避免地出現偏移錯位情況，線圈之間的互感及耦合參數劇烈波動，進而對ipt系統的輸出功率和傳輸效率造成較大影響。
2、針對上述存在的問題，國內外研究團隊多從閉環控制技術、補償拓撲設計、模態切換技術三個方面進行研究。其中對于采用控制的抗偏移技術，系統輸出功率的保持是最精準的；然而需額外引入dc-dc變換器，或者對逆變模塊進行移相控制，且涉及脈沖頻率調制時，容易出現系統頻率分裂現象，極大程度地降低了系統穩定性；此外，當耦合系數波動范圍較大時，受限于調制的裕度，系統控制相對復雜。為了減小控制壓力，降低系統控制復雜度，有學者將目光轉移至補償拓撲設計；如華中科技大學提出一種一次側失諧設計的ss補償拓撲，給出了失諧率及自感值參數的設計方法，實驗表明在近200％的耦合系數波動下，輸出功率波動低于20％，但系統效率只有76％，且所提參數設計方法的自由度較低，需要求兩個耦合線圈的自感值相等，在實際應用和設計中存在限制和難度；此外，新西蘭奧克蘭大學提出一種基于ss和dlcc的輸入并聯-輸出并聯型的混合拓撲，在x/y方向±150mm和z方向±20mm的偏移范圍內，系
技術實現思路
1、本專利技術為解決上述現有技術存在的技術問題，進而提出一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，本專利技術在不引入任何控制單元或交流開關的前提下，能夠在耦合系數波動接近250％的范圍內，系統功率波動始終介于設定的5％以內，因此在實際應用中具有較大優勢。
2、本專利技術為達上述目的，采取的技術方案是：
3、本專利技術所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，包括下述步驟：
4、步驟一：根據無線充電系統的主電路架構以及實際工況要求，設定系統技術指標。具體包括：直流輸入電壓ud、預設輸出功率poset、電池等效負載ro、系統輸出功率波動比δ、系統工作頻率f1、原邊發射線圈lp、副邊接收線圈ls；
5、所述無線充電系統的主電路架構具體包括：高頻逆變電路、原邊補償網絡、副邊補償網絡、整流濾波電路；
6、所述原邊補償網絡由原邊串聯補償電容cp、原邊發射線圈lp構成；
7、所述高頻逆變電路的兩個輸出端分別與原邊補償網絡的兩個輸入端相連；
8、所述副邊補償網絡由副邊串聯補償電容cs、副邊環路補償電容cs1、副邊環路補償電感ls1、副邊接收線圈ls構成；
9、所述整流濾波電路的兩個輸入端分別與副邊補償網絡的兩個輸出端相連。
10、步驟二：根據系統輸出功率波動比δ，分別計算系統工作頻率f1和f2下的耦合變化倍數β1和β2以及實際的耦合變化倍數β0；
11、步驟三：根據系統工作頻率f1及其耦合變化倍數β1，計算系統工作頻率f2；
12、步驟四：確定系統功率-耦合曲線po(kps)中的各耦合系數。具體包括：最小工作耦合系數kmin、系統工作頻率f1下的極值耦合系數kex1、頻率切換時的臨界耦合系數kcri、系統工作頻率f2下的極值耦合系數kex2、最大工作耦合系數kmax；
13、步驟五：完成各補償元件參數的整定以及分別計算系統工作頻率f1和f2下的原邊失諧率α1和α2。
14、進一步的，所述無線充電系統存在兩個工作頻率f1、f2，并分別對應不同的耦合系數波動范圍。
15、進一步的，所述無線充電系統的工作頻率為f1或f2時：
16、所述原邊補償網絡中的原邊串聯補償電容cp、原邊發射線圈lp構成串聯失諧網絡；所述副邊補償網絡中的副邊串聯補償電容cs、副邊環路補償電容cs1、副邊環路補償電感ls1、副邊接收線圈ls構成串聯諧振網絡；
17、具體為：
18、
19、式中：α為原邊失諧率；ω為系統工作角頻率，即ω＝2πf，f為系統工作頻率，即f1或f2；j為虛數單位。
20、進一步的，所述無線充電系統的工作頻率為f1或f2時：
21、所述無線充電系統的傳輸效率η不受原邊失諧率α的影響，其值只與原邊發射線圈和副邊接收線圈的品質因數qp、qs以及耦合系數kps相關，具體表達式為：
22、
23、式中：ξ為損耗系數，即qp、qs分別為原邊發射線圈和副邊接收線圈的品質因數，即ω為系統工作角頻率，即ω＝2πf，f為系統工作頻率，即f1或f2；lp為原邊發射線圈的自感值、ls為副邊接收線圈的自感值；rp為原邊發射線圈的寄生電阻值、rs為副邊接收線圈的寄生電阻值；req為整流濾波電路前的等效交流電阻值。
24、進一步的，所述步驟一具體包括：
25、所述系統輸出功率波動比δ的定義式為：
26、
27、其中，pomax和pomin分別為所述基于頻率切換的無線電能傳輸系統允許傳輸的功率最大值和最小值，并規定它們有以下關系：
28、
29、式中：poset為預設輸出功率。
30、進一步的，所述步驟二具體包括：
31、所述系統工作頻率f1下的耦合變化倍數β1的定義式為：
32、
33、其中，kmax為最大工作耦合系數、kcri為頻率切換時的臨界耦合系數，并規定系統工作頻率f1下的耦合變化倍數β1可由下式計算得到：
34、
35、式中：δ1為系統工作頻率f1下的系統輸出功率波動比；
36、所述系統工作頻率f2下的耦合變化倍數β2的定義式為：
37、
38、其中，kcri為頻率切換時的臨界耦合系數、kmin為最小工作耦合系數，并規定系統工作頻率f2下的耦合變化倍數β2可由下式計算得到：
39、
40、式中：δ2為系統工作頻率f2下的系統輸出功率波動比；...
【技術保護點】
1.一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，包括下述步驟：
2.根據權利要求1所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，所述無線充電系統的主電路架構包括高頻逆變電路、原邊補償網絡、副邊補償網絡、整流濾波電路；
3.根據權利要求1所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，所述無線充電系統存在兩個工作頻率f1、f2，并分別對應不同的耦合系數波動范圍。
4.根據權利要求1或3所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，所述無線充電系統的工作頻率為f1或f2時：
5.根據權利要求1或3所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，所述無線充電系統的工作頻率為f1或f2時：
6.根據權利要求1所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，所述步驟一具體包括：
7.根據權利要求1所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，所述步驟二具體包括：<...
【技術特征摘要】
1.一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，包括下述步驟：
2.根據權利要求1所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，所述無線充電系統的主電路架構包括高頻逆變電路、原邊補償網絡、副邊補償網絡、整流濾波電路；
3.根據權利要求1所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，所述無線充電系統存在兩個工作頻率f1、f2，并分別對應不同的耦合系數波動范圍。
4.根據權利要求1或3所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統參數設計方法，其特征在于，所述無線充電系統的工作頻率為f1或f2時：
5.根據權利要求1或3所述的一種抗耦合系數寬范圍波動的無線充電系統...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋凱，熊明星，楊豐碩，蘭宇，張清萱，姜金海，孫傳禹，范馥麟，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：
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