[发明专利]一种用于无线电能传输的双边LCC补偿网络及其调谐方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线电能传输系统，特别涉及一种用于无线电能传输的双边LCC补偿网络及其调谐方法。

背景技术

共振式无线电能传输概念，由特斯拉于100多年前提出。随着近年来电力电子技术的不断发展，无线充电装置其成本不断降低，充电效率已和接触式充电相当。由于无线充电其便捷性和安全性，相关市场正在迅猛发展。低功率的无线充电设备，已经开始在移动便携设备，植入式医疗器械等领域推广，该领域电能传输功率根据具体应用从几毫瓦到几十瓦不等。在大功率无线充电，电能传输功率可达千瓦级别，由于其技术难度更高，发展较晚，目前美国仅有少数几家公司推出相关样机。

大功率无线充电，目前一个主要应用为给电动汽车的车载电池充电。由于电动汽车动力电池的技术瓶颈，电动汽车存在续航里程短，成本高昂等短期内无法解决的问题，这将严重限制未来电动汽车的销量。表面上来看，电动汽车销量不佳，给电动汽车配套的无线充电装置必然没有销路。然而，当我们换一个思路来考虑问题，如果无线充电不是给电动汽车进行配套，而是作为基础设施建设，来带动电动汽车的市场呢？利用无线充电技术，我们可在道路下面铺设发射线圈，实现电动汽车边跑边充电，这将彻底解决电动汽车的电池瓶颈问题。

无线电能传输，目前主流的方法是将能量通过一对存在耦合的线圈进行传递。由于线圈之间存在较大间隙，发射线圈和接收线圈之间为松散耦合，其耦合系数小，漏感很大。为了提高传输效率，并降低电力电子变换器的容量，通常使用增加电容来抵消线圈漏感的方式，并让增加电容后的接收线圈和发射线圈系统工作在共振状态下。然而，已有的电容补偿方式，在应用于大功率无线电能传输时，存在以下几个瓶颈中：第一是传输功率的不大，第二是传输效率较低，第三是谐振频率点随工作状态不停变化造成系统控制复杂。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于双边LCC补偿网络的无线电能传输系统及其方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种用于无线电能传输的双边LCC补偿网络，其特征在于，包括：

一个发射电路，包括一个发射线圈（103），一个一端同发射线圈（103）相连，另一端同补偿电感相连的第一电容C₁，另一个并联于发射线圈（103）两端的电容C_f1，并且第一电容C₁和补偿电感串联接在一个电压源和发射线圈之间；

一个接收电路，包括一个接收线圈（104），一个一端同接收线圈（104）相连，另一端同补偿电感相连的第二电容C₂，另一个并联于接收线圈（104）两端的电容C_f2，并且第二电容C₂和补偿电感串联接在电池和发射线圈之间。

所述的用于无线电能传输的双边LCC补偿网络，优选的，还包括：

直流到交流变换器（102）和整流滤波装置（105）；

输入的交流电源连接所述电压源，所述电压源连接直流到交流变换器（102），所述直流到交流变换器（102）连接发射线圈（103），发射线圈（103）向接收线圈（104）无线传输能量；

接收线圈（104）连接所述整流滤波装置（105），所述整流滤波装置（105）连接负载，其中所述发射线圈（103）和接收线圈（104）各自分别连接LCC补偿网络电路。

所述的用于无线电能传输的双边LCC补偿网络，优选的，所述LCC补偿网络电路包括：发射端LCC补偿网络电路和接收端LCC补偿网络电路，所述发射端LCC补偿网络电路一端连接直流到交流变换器（102），所述发射端LCC补偿网络电路另一端连接发射线圈（103）；所述接收端LCC补偿网络电路一端连接接收线圈（104），所述接收端LCC补偿网络电路另一端连接整流滤波装置（105）。

所述的用于无线电能传输的双边LCC补偿网络，优选的，所述整流滤波装置（105）包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、滤波电容和滤波电感；

所述第一二极管正极连接第三二极管正极，所述第一二极管负极分别连接第二二极管正极和第二电感一端，所述第二二极管负极连接第四二极管负极，所述第四二极管负极还分别连接滤波电容一端和负载，所述滤波电容另一端分别连接第三二极管正极和滤波电感一端，所述滤波电感另一端连接负载。

所述的用于无线电能传输的双边LCC补偿网络，优选的，所述发射线圈（103）和接收线圈（104）分割为m段进行串联，所述m为正整数。