[发明专利]一种提高动态无线充电平均效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，涉及了一种提高动态无线充电平均效率的方法。

背景技术

传统的电力传输采用有线的方式实现，但由于线路老化、传输损耗等因数，大大降低了供电过程的可靠性、安全性以及效率。同时，矿场、海底等一些特殊场合以及生活中大量电器设备供电的电源线交叉，都限制了有线供电的适用范围与实际用途。早在19世纪中后期，无线电能传输技术(wireless Power Transfer Technology)就被尼古拉·特斯拉提出。经过漫长的科技发展，2007年，美国麻省理工学院的马林·索尔贾希克教授和他的研究团队在磁耦合谐振式无线电能传输领域取得重大突破。从此，磁耦合谐振式无线电能传输技术成为了研究热点。

相较于传统的感应式无线电能传输技术，磁耦合谐振式电能传输系统中的传输线圈能远距离、高效率的交换和传输电磁能量。利用磁谐振耦合式无线能量传输技术的无线充电技术能有效解决传统接触式充电易磨损，易触电，多次插拔后可能造成电能传输不可靠等缺点，能广泛运用于便携式消费电子、医疗设备、和工业设备充电等领域。

由于实际使用过程中，无线充电分为静态与动态两种方式。电子设备的静态充电要求充电发射线圈与接收线圈位置的相对固定，由此，限制了充电过程中电子设备的使用，降低了无线充电系统的实用性。动态充电可在两能量传输线圈位置移动时进行充电，即实现边移动边充电。但动态充电过程中，两线圈位置的相对改变，会引起充电系统效率的改变：当线圈靠近时，充电效率高；反之，当线圈远离时，效率下降较快。由此可知，在动态无线充电过程中，使得系统保持较高的平均传输效率显得尤为重要。

发明内容

针对无线动态充电时较低充电平均效率的问题，本发明提出了一种提高动态无线充电平均效率的方法，用于串串无线充电系统之中，使得无线动态充电系统保持较高的平均传输效率，克服现有技术存在的充电效率随线圈相对位置改变而剧烈波动，平均充电效率不高的问题。所述系统的平均效率为动态充电过程中最大效率与最小效率的平均值。

本发明提了的一种提高动态无线充电平均效率的方法，包括以下步骤：

(1)测量无线充电系统中的发射线圈与接收线圈在工作频率f₀下的集中参数，包括发射线圈的自感L₁与内阻R₁，接收线圈的自感L₂与内阻R₂；调整接收端电路参数，使其满足其中C₂为与接受线圈串联的补偿电容；所述工作频率f₀为系统电源的输出交流电的频率；所述发射线圈的规格与充电系统实际无线充电应用中的使用场景相匹配,即根据充电系统实际无线充电应用中的使用场景，绕制相应规格的发射线圈与传输线圈；

(2)测定传输线圈和接受线圈在使用时的耦合系数随两线圈相对位置偏移的变化上下限k_min、k_max，k_min为最小耦合系数，k_max为最大耦合系数；线圈偏移，包括两传输线圈所在平行平面的竖直间距的偏移、两线圈轴线的水平偏移、两线圈轴线夹角的偏移；所有能引起两线圈之间耦合系数发生的位置以及角度的偏移都包含其中；

(3)根据发射线圈自感L₁和内阻R₁、接收线圈自感L₂和内阻R₂以及最小的耦合系数k_min，代入以下公式计算负载电池前端整流斩波电路的输入电阻R_ac：

其中，ω＝2πf₀为系统工作角频率；

(4)根据求得的R_ac以及电池充电负载R_L的大小，按下式求负载前端的整流电路和斩波电路共同实现的阻抗变换系数γ；全桥整流器的阻抗变化系数是8/π²，然后再根据占波电路的阻抗变化系数即得：

按以下原则确定电池前端斩波电路的类型和占空比，以使系统处于最大平均效率的状态：

(a)当γ＝1时，不加入斩波电路或选择升降压型斩波电路，当使用升降压型斩波电路时，设定此电路的占空比D＝0.5；

(b)当γ>1时，斩波电路选择降压型电路，设定该斩波电路的占空比D为

(c)当γ<1时，斩波电路选择升压型电路，设定该斩波电路的占空比D为