[发明专利]抗偏移的CCC-S型无线电能传输系统及其参数设计方法

说明书

本发明公开了一种抗偏移的CCC‑S型无线电能传输系统及其参数设计方法，包括全桥逆变模块、LC滤波模块、原边CCC补偿网络、传输线圈、副边补偿网络和负载。全桥逆变模块可以产生高频的交流方波，为系统提供电能输入。LC滤波模块分别与全桥逆变模块和原边CCC补偿网络相连，滤除输入方波中除基频分量以外的谐波分量。原边CCC补偿网络与传输线圈中的原边线圈相连，通过适当的方法对原边CCC补偿网络进行元件参数设计，实现无线电能传输系统在较宽的耦合系数范围内保持系统输出功率的相对稳定。而副边补偿网络则与传输线圈中的副边线圈形成串联谐振，最终将电能输送给负载。本发明系统可在较宽的耦合系数范围内实现平稳的功率输出，利于提高抗偏移能力。

技术领域

本发明涉及无线电能传输的技术领域，尤其是指一种抗偏移的CCC-S型无线电能传输系统及其参数设计方法。

背景技术

磁耦合器通常作为无线电能传输系统实现发射端向接收端进行能量传输的载体，在静态充电过程中，发射线圈和接收线圈往往难以实现完全对准。通常情况下，线圈间的偏移量越大，则其耦合系数越小，同时耦合系数的变化会直接导致反射阻抗呈平方倍数地减小，进一步使得无线电能传输系统的输出产生较大的波动。与此同时，相对于静态充电，动态无线充电需要面临着耦合系数快速变化的问题，这一点在分段式充电中体现得较为显著。动态充电过程往往难以利用收发侧通信的手段实现对输出功率的快速调节，因此我们更希望无线电能传输系统能够通过自身的系统参数实现对耦合系数变化的自我调节。

为了使无线电能传输系统具有对耦合系数变化的自我调节能力，研究学者在磁耦合器优化、新型拓扑结构以及补偿参数优化等方向提出了许多新的解决方案，以提高耦合系数变化时的失调性能。DD、DDQ等新型磁耦合器可以有效提高磁场的均衡度，在磁耦合器发生物理偏移的情况下，依然保持磁耦合系数的波动在一个可以接受的范围内。不同补偿拓扑在面对耦合系数变化时，其输出特性会表现出不同变化趋势，将S-LCC和LCC-S进行拓扑混合可以控制无线电能传输系统的输出相对恒定。除此之外，通过增设参数合理的额外线圈，同样可以提高系统的失调性能。

随着磁耦合器结构进一步的复杂化，其存在重量增加、用铜量增大以及生产困难等问题；而混合拓扑结构和增设额外线圈会使得无线电能传输系统的设计变得更加的复杂，同时也存在磁耦合器设计困难的问题。补偿参数优化在不需要对磁耦合器和系统拓扑结构进行任何改变的情况，通过对补偿网络参数的优化设计即可实现宽耦合系数范围内的输出特性稳定，具有突出的实用价值。通过调节SS拓扑的补偿网络参数，使系统工作在失谐状态，可以将传输功率控制在有效的失配范围内。在合适的补偿参数下，利用SS和PS对耦合系数变化体现出的不同失谐特性，提出了一种新型的SPS拓扑结构，实现25％失调偏移范围内的宽耦合系数调节性能。针对于LCC和T型拓扑，文献提出的补偿参数选取方式在较大的耦合系数范围内实现对无线电能传输系统的稳定输出，但其存在参数设计流程复杂等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种抗偏移的CCC-S型无线电能传输系统及其参数设计方法，利用两个自由调节变量对CCC补偿网络进行参数优化设计，在耦合系数发生变化导致反射阻抗变化时，通过原边CCC补偿网络实现对发射线圈电流的自适应调节，进而使得磁耦合器的传输功率在宽耦合系数范围内维持相对稳定。当线圈由于物理偏移造成线圈间的互感发生改变，即线圈间的耦合系数发生改变时，该无线电能传输系统依然能够通过补偿网络的自我调节实现输出功率的波动在一个允许的误差范围内，从而解决传统的CCC-S型无线电能传输系统在线圈发生偏移时，系统的输出功率波动较大的问题。