[发明专利]一种变负载动态无线电能传输系统恒功率输出控制方法

说明书

本发明提出一种变负载动态无线电能传输系统恒功率输出控制方法，本发明设计了三种不同的恒功率输出控制策略，在系统不同的运行阶段，本发明通过采集系统的交流输出电压和交流输出电流计算等效负载电阻，根据等效负载电阻的变化，以系统输出效率最优为目标，在变负载的过程中选择使系统输出效率最高的控制方法进行恒功率控制。本发明可以简化恒功率控制，优化系统的传输效率，解决负载动态无线电能传输系统由于等效负载改变导致系统的输出功率和传输效率发生变化，无法实现恒功率控制的技术问题。

技术领域

本发明涉及磁耦合谐振式无线电能传输技术领域，具体涉及一种变负载动态无线电能传输系统恒功率输出控制方法

背景技术

变负载动态无线电能传输系统是指在传输能量的过程中负载不断变化的无线电能传输系统，其广泛应用于电动汽车、轨道交通、水下等大功率无线充电领域。

以往的无线充电技术多采用恒电压充电方式，充电速度慢，因此有研究人员提出恒功率充电方式，满足快速充电的需求。对于负载为电池的无线充电系统来说，随着充电过程中电池电量的增加，电池所表现的负载值也随之改变，此时如果不调整系统的参数，则系统的输出功率将会改变，无法满足恒功率输出的需求。

现有技术在系统负载电阻值发生变化时仅采用调节系统直流输入电压的方法实现恒功率输出要求，无法在向负载传输电能的过程中即保证恒功率充电又保证系统效率最优化。现有技术在对无线电能传输系统进行恒功率输出控制和效率提升时，要么需要增加额外的硬件电路，要么算法的复杂度高耗时长。例如，应用于电动汽车充电领域的变负载动态无线电能传输(WPT)系统需满足电池充电特性的需求，即恒压充电模式、恒流充电模式以及恒功率充电模式。通过已有研究可以发现，磁耦合谐振式WPT系统可通过改变线圈补偿电容的连接方式而实现恒压输出或恒流输出模式，而恒功率输出模式则难以简单的通过调整系统拓扑结构实现。

发明内容

发明目的：为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种变负载动态无线电能传输系统恒功率输出控制方法，该方法可以简化恒功率控制，优化系统的传输效率，解决负载动态无线电能传输系统由于等效负载改变导致系统的输出功率和传输效率发生变化，无法实现恒功率控制的技术问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明提出的技术方案如下：

一种变负载动态无线电能传输系统恒功率输出控制方法，包括依次执行的以下步骤：

(1)搭建变负载动态无线电能传输系统的等效电路；

(2)根据等效电路构建系统的输出功率公式和传输效率公式：

其中，P_out表示系统的输出功率，η表示系统的传输效率，R₁表示发射线圈在高频情况下的欧姆损耗与辐射损耗电阻之和，R₂表示接收线圈在高频情况下的欧姆损耗与辐射损耗电阻之和，L₁、L₂分别为发射线圈与接收线圈的等效电感，C₁、C₂分别为发射线圈和接收线圈的谐振电容，R_L为系统的等效电阻，M₁₂为发射线圈与接收线圈间的互感系数，ω_d为系统的驱动角频率，U₁表示系统交流输入电压；

(3)确定系统所需的输出功率P_out，以U₁、ω_d和M₁₂为可控参数，构建三种控制策略：