【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及雙向無線電能傳輸，尤其涉及一種雙邊lcc型雙向無線充電系統及其耦合機構參數設計方法。
技術介紹
1、無線電能傳輸(wireless?power?transfer，wpt)技術是指一種借助空間介質載體，而非傳統的導線接觸方式，實現電源與負載端電能傳輸的技術，其中空間介質載體包括磁場、電場、激光、微波、超聲波等方式。mc-wpt技術將磁場作為傳輸介質，電能在原副邊之間的無線傳輸是通過高頻交變的磁場與電能相互轉換實現的。目前mc-wpt已經成功運用到了消費電子、生物醫療、電動汽車、水下及特殊場所應用等諸多領域。
2、磁耦合式諧振式無線電能傳輸中，耦合機構作為能量發送和接收的端口，其性能的好壞直接影響整個系統的傳輸功率與傳輸效率等指標，是整個mc-wpt的核心部分。
3、目前已有較多文獻對耦合機構的設計與參數優化進行了研究。有文獻設計了一種dd結構的能量發射機構，實現了2.5kw、35.5cm的無線電能傳輸。有文獻在保證功率傳輸等級的前提下，提出了一種bpp結構電感，相較于ddqp結構電感，減少了25.17％的用線量。
4、雙向無線電能傳輸系統是指電能能夠實現雙向傳輸的系統，原邊側和副邊側多采用對稱設計。目前針對雙向無線電能傳輸系統的研究主要集中在拓撲結構、系統建模方法、能量信號同步控制等方面，尚未根據系統的傳輸功率等級及效率要求對耦合機構進行系統設計。
技術實現思路
1、本專利技術提供雙邊lcc型雙向無線充電系統及其耦合機構參數設計方法，
2、為解決以上技術問題，本專利技術提供雙邊lcc型雙向無線充電系統及其耦合機構參數設計方法，包括：
3、確定雙邊lcc型雙向無線充電系統的電路結構，該電路結構包括原邊側和副邊側，所述原邊側包括順序連接的原邊直流電源、原邊全橋逆變器、原邊lcc補償網絡、原邊線圈，所述副邊側包括順序連接的副邊線圈、副邊lcc補償網絡、副邊全橋逆變器和副邊直流電源；
4、根據系統的電路結構確定系統效率的表達式和系統功率的表達式；
5、令αp＝αs并設置除αp、β的其他效率影響參數為定值，根據系統效率的表達式確定系統效率與αp、β的關系，αp定義為原邊線圈自感lp與原邊補償電感lrp之比，αs定義為副邊線圈自感ls與副邊補償電感lrs之比，β定義為副邊補償電感lrs與原邊補償電感lrp之比；
6、以滿足系統效率要求為條件，根據系統效率與αp、β的關系確定β的值和αp的取值范圍；
7、根據系統電流應力要求確定原邊補償電感lrp的下限；
8、根據系統功率的表達式確定系統功率與原邊補償電感lrp、αp的關系，以滿足系統功率要求為條件，在αp的取值范圍內確定αp的值，以及根據αp的值確定原邊補償電感lrp的上限；
9、在原邊補償電感lrp的上、下限中確定原邊補償電感lrp的值；
10、根據原邊補償電感lrp的值和αp、β、αs，確定原邊線圈自感lp、副邊線圈自感ls和副邊補償電感lrs的值。
11、進一步地，在系統效率的表達式中，原副邊激勵電壓比t、原副邊線圈之間的耦合系數k、αp、αs、β、原副邊外移相角δ為效率影響參數，原副邊外移相角δ定義為副邊全橋逆變器的輸出基波電壓滯后原邊全橋逆變器的輸出基波電壓的相角。
12、進一步地，系統功率與原邊補償電感lrp、αp的關系表示為：
13、
14、其中，up_1、us_1分別為原副邊全橋輸出電壓的基波分量和的有效值，p為期望的系統功率，ω為系統的工作角頻率。
15、進一步地，以滿足系統效率要求為條件，根據系統效率與αp、β的關系確定β的值和αp的取值范圍，具體包括：
16、根據實際需求確定β的可選范圍和αp的可選范圍；
17、在β的可選范圍和αp的可選范圍內，根據系統效率與αp、β的關系作出系統效率與αp、β相關的效率曲線；
18、根據效率曲線確定系統效率與αp、β成反比關系；
19、基于該反比關系，在β的可選范圍內，β取效率曲線中系統效率不小于系統效率閾值的較小值或最小值；
20、根據系統效率與αp、β相關的曲線，確定在β所取值下，在αp的可選范圍內，系統效率不小于系統效率閾值的αp的范圍為αp的取值范圍。
21、進一步地，根據系統功率的表達式確定系統功率與原邊補償電感lrp、αp的關系，以滿足系統功率要求為條件，在αp的取值范圍內確定αp的值，以及根據αp的值確定原邊補償電感lrp的上限，具體為：
22、根據實際需求確定lrp的可選范圍；
23、作出在不同的αp取值下lp與lrp的關系曲線；
24、作出在系統功率等級限制下lp與lrp的關系曲線；
25、對比不同的αp取值下lp與lrp的關系曲線與系統功率等級限制下lp與lrp的關系曲線，確定αp取能使得該取值下的lrp具有滿足系統功率限制、不小于lrp下限、lrp的選擇范圍不低于最小范圍且不超過限制范圍的最小值；
26、在αp取值下，確定滿足系統功率限制的最大lrp值為lrp的上限。
27、進一步地，根據原邊補償電感lrp的值和αp、β、αs，確定原邊線圈自感lp、副邊線圈自感ls和副邊補償電感lrs的值，具體為：
28、根據αp和lrp，基于αp＝lp/lrp的關系確定lp；
29、根據β和lrp，基于β＝lrs/lrp的關系確定lrs；
30、根據αs和lrs，基于αs＝ls/lrs的關系確定ls。
31、進一步地，該方法還包括步驟：
32、根據確定的原邊線圈自感lp、副邊線圈自感ls的值以及實際需求確定原邊線圈、副邊線圈的結構參數。
33、進一步地，根據確定的原邊線圈自感lp、副邊線圈自感ls的值以及實際需求確定原邊線圈、副邊線圈的結構參數，具體包括：
34、根據實際需求確定原邊線圈和接收線圈采用相同的匝數、相同的匝間距和相同規格的線繞制；
35、根據實際需求及耦合系數要求確定原邊線圈和副邊線圈的外徑；
36、根據確定的lp、ls和原邊線圈和副邊線圈的外徑確定原邊線圈和副邊線圈的內徑；
37、若無法繞制出滿足lp、ls的原邊線圈和副邊線圈，則在lrp的上、下限內改變lrp的值，并重新確定lp、ls以及原邊線圈和副邊線圈的內徑，如此循環，直至繞制出滿足lp、ls的原邊線圈和副邊線圈。
38、進一步地，系統功率的表達式為：
39、
40、其中，qp為原副邊線圈的品質因數，qr為補償電感支路的品質因數；
41、qp、qr定義為：
42、
43、其中，rp、rs、rrp、rrs分別表示原邊線圈、副邊線圈、原邊補償電本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，在系統效率的表達式中，原副邊激勵電壓比T、原副邊線圈之間的耦合系數k、αp、αs、β、原副邊外移相角δ為效率影響參數，原副邊外移相角δ定義為副邊全橋逆變器的輸出基波電壓滯后原邊全橋逆變器的輸出基波電壓的相角。
3.根據權利要求1所述的雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，系統功率與原邊補償電感Lrp、αp的關系表示為：
4.根據權利要求1所述的雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，以滿足系統效率要求為條件，根據系統效率與αp、β的關系確定β的值和αp的取值范圍，具體包括：
5.根據權利要求1所述的雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，根據系統功率的表達式確定系統功率與原邊補償電感Lrp、αp的關系，以滿足系統功率要求為條件，在αp的取值范圍內確定αp的值，以及根據αp的值確定原邊補償電感Lrp的
6.根據權利要求1所述的雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，根據原邊補償電感Lrp的值和αp、β、αs，確定原邊線圈自感Lp、副邊線圈自感Ls和副邊補償電感Lrs的值，具體為：
7.根據權利要求1～6任一項所述的雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，該方法還包括步驟：
8.根據權利要求7所述的雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，根據確定的原邊線圈自感Lp、副邊線圈自感Ls的值以及實際需求確定原邊線圈、副邊線圈的結構參數，具體包括：
9.根據權利要求2～6任一項所述的雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，系統功率的表達式為：
10.雙邊LCC型雙向無線充電系統，其特征在于：該雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構采用權利要求1～9任一項所述的雙邊LCC型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法設計而得。
...【技術特征摘要】
1.雙邊lcc型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的雙邊lcc型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，在系統效率的表達式中，原副邊激勵電壓比t、原副邊線圈之間的耦合系數k、αp、αs、β、原副邊外移相角δ為效率影響參數，原副邊外移相角δ定義為副邊全橋逆變器的輸出基波電壓滯后原邊全橋逆變器的輸出基波電壓的相角。
3.根據權利要求1所述的雙邊lcc型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，系統功率與原邊補償電感lrp、αp的關系表示為：
4.根據權利要求1所述的雙邊lcc型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，以滿足系統效率要求為條件，根據系統效率與αp、β的關系確定β的值和αp的取值范圍，具體包括：
5.根據權利要求1所述的雙邊lcc型雙向無線充電系統的耦合機構參數設計方法，其特征在于，根據系統功率的表達式確定系統功率與原邊補償電感lrp、αp的關系，以滿足系統功率要求為條件，在αp的取值范圍內確定...
【專利技術屬性】
技術研發人員：凌龍，吳戰禮，袁彥，譚華麟，沈濤，何昱霖，陸虹辰，王智慧，董金熹，劉浠流，丁惠賢，陳冠霖，
申請(專利權)人：廣西電網有限責任公司柳州供電局，
類型：發明
國別省市：
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