[发明专利]一种适用于谐振网络的拓扑优化与元件参数优化方法

说明书

本发明涉及一种适用于谐振网络的拓扑和参数的最优化方法，本发明是以双边LCCL(L‑电感，C‑电容)为基本拓扑，然后以损耗最小确定目标函数，使用计算机全局最优化算法在约束条件下对LCCL拓扑进行优化，能够优化出一种效率最高的谐振网络拓扑和参数。优化的目的是使传输效率最高，即谐振网络中元件的总损耗最小。因此使用全局最优算法能够筛选出效率最高的拓扑，同时得到该拓扑的最优参数。本发明具有广泛的适用性，能够解决谐振网络应用不匹配导致的传输效率不高、输入电压范围小等的问题，而且是利用算法优化，具有快速、计算简便、实际模型效率高等优点。

技术领域

本发明涉及一种适用于谐振网络的拓扑优化与元件参数优化方法，属于无线充电谐振网络优化和计算机最优化算法领域。

背景技术

近年来清洁环保的电动汽车收到消费者和政府的青睐，尤其电动汽车的续航能力逐渐提高，电动汽车的需求也越来越旺盛。无线充电技术作为电动汽车充电技术的一种，具有广泛的应用前景。在谐振式无线电能传输中，谐振网络具有非常关键的作用，其谐振拓扑的选择和参数优化都影响了整个充电电路的性能，但在实际应用中，没有一种全面合理的拓扑优化和参数优化方法，同时谐振网络的特性也没有完全研究透彻。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于谐振网络的拓扑优化与元件参数优化方法，以用于在含有谐振网络的电路中，利用计算机进行全局最优化算法，可以为谐振拓扑优化提供一种新思路的同时还意味着高效率。

本发明的技术方案是：一种适用于谐振网络的拓扑和元件参数优化方法，其基本思路为：以双边LCCL拓扑作为谐振网络的基本拓扑，然后根据输入电压或者输入电流、输出电压或者输出电流、输出功率和谐振条件(L₁和L₂的电感值，耦合系数k，互感M和谐振频率ω)，以损耗最小为目标函数，可以得到原边和副边分别为LCCL、LCL、S、P和CCL五种拓扑的组合，相应的可以得到二十五种拓扑，如表2所示。每一种拓扑都满足给定的电压、电流、功率和谐振条件，相应地每一种拓扑都满足基尔霍夫电流定理(KCL)和基尔霍夫电压定理(KVL)，这就意味在满足上述条件和约束条件的情况下求的参数，它们都对应着相应的损耗，求出其损耗，在计算机存储中将该损耗标记保存，当最后计算机求出所有拓扑的满足条件的所有参数的损耗后，将标记好的损耗进行比较，得到最小损耗，从而得到该电压电流条件下的最优拓扑和最优参数。其算法流程图如图2所示。

进一步地，所述的全局最优化算法拓扑优化是将电感和电容的参数调至零或者无穷，分别意示着开路和短路。对于电感而言，将电感值设为无穷大是开路，电感值设为零则是短路；对于电容而言，将电容值设为无穷大是短路，电容值设为零是开路。在将双边LCCL拓扑进行拓扑优化时就是将电感值或者电容值设为零或者无穷大，从而达到开路或者短路的目的。这样就可以将LCCL基本拓扑变为25种拓扑中的任意一种。

进一步地，在求解谐振网络损耗和参数时，设定好约束条件，约束条件就是双边LCCL基本拓扑中的每个电感和电容的上限值和下限值，即使优化得到另外25种拓扑中的任意一种拓扑，该拓扑也要满足约束条件，约束条件如式(1)所示：

在满足约束条件后，再根据式(2)所示的谐振条件和功率条件，进而求出该拓扑的参数。

其中，P为传输功率，ω为谐振角频率，M为线圈L₁和L₂互感，I₁为流过线圈L₁的电流，I₂为流过线圈L₂的电流。