[发明专利]基于动态耦合系数识别的WPT系统的最大效率跟踪方法

权利要求书

1.基于动态耦合系数识别的WPT系统的最大效率跟踪方法，该WPT系统包括发射端和接收端，所述发射端与所述接收端分别连接有控制器，所述发射端包括Buck-Boost转换模块、高频逆变模块以及发射线圈；所述Buck-Boost转换模块连接48V稳压电源，变压后输出；所述高频逆变模块，接收Buck-Boost转换模块输出的直流电，转变成高频交流电后输出；所述接收端包括接收线圈、阻抗匹配网络模块以及整流电路模块；所述接收线圈与所述射端的发射线圈构成谐振电路；所述阻抗匹配网络模块与所述接收线圈相连；所述整流电路模块与阻抗匹配网络模块相连，进行整流，为负载电阻R_L提供负载电压U_L；

所述发射线圈由谐振电容C₁和发射线圈L₁串联组成；所述接收线圈由谐振电容C₂和接收线圈L₂串联组成，所述接收线圈的谐振频率与所述发射线圈的谐振频率相同，所述发射线圈与所述接收线圈构成谐振电路；所述阻抗匹配网络模块为C_b1、C_b2以及电感L_b组成的T型阻抗匹配网络；所述整流电路模块为整流二极管D₁-D₄构成的全桥整流，所述整流电路模块上设有整流桥滤波电容C₃，用于促使负载电压U_L趋于平滑；整流电路模块直接连接负载电阻R_L；

其特征在于，该方法的步骤如下：

S1：当发射端和接收端之间建立通信时，发射端控制器将初始化命令发送到接收端，并将初始设定值传送至接收端控制器；

S2：接收端控制器实时采集负载电阻R_L对应的负载电压U_L和负载电流I_L，从而监测负载电阻R_L和负载电压U_L是否有变化，并将这些检测值反馈到发射端控制器；同时发射端控制器采集发射端输出电压u₁和谐振电流i₁，实时计算耦合系数k；其中：

式中：

R:表示接收线圈或发射线圈的电阻，二者内阻值相等；

X_S:作为匹配阻抗引入变量；

R_r:为全桥整流性负载的等效电阻；

U₁:发射端输出电压u₁的有效值；

I₁:发射端谐振电流i₁的有效值；

ω:表示系统的谐振角频率，其值为2πf，f为谐振频率；

L:表示接收线圈或发射线圈的电感量，二者电感值相等；

S3：当R_L变化时，发射端控制器根据实时获得的耦合系数k，确定出最佳负载侧等效电阻R_i-ηmax，然后通过对阻抗匹配网络进行调整，使得当前的谐振电路的负载等效电阻达到最佳负载侧等效电阻R_i-ηmax，同时对Buck-Boost转换模块的占空比d的调整，确保负载电压U_L等于设备需求电压U_{L_req}，以确保传输系统获得最大传输效率η_max；

当R_L不变，判断负载电压U_L是否存在变化，若负载电压U_L存在变化，说明耦合系数k发生了变化，发射端控制器实时获取耦合系数k，确定出最佳负载侧等效电阻R_i-ηmax，然后通过对阻抗匹配网络进行调整，使得当前的谐振电路的负载等效电阻达到最佳负载侧等效电阻R_i-ηmax，同时对Buck-Boost转换模块的占空比d的调整，确保负载电压U_L等于负载需求电压U_{L_req}，以确保传输系统获得最大传输效率η_max。