[发明专利]无线充电系统恒流/恒压输出的方法

说明书

本发明公开了一种无线充电系统恒流/恒压输出的方法，包含以下步骤：S1、选择无线充电系统的最优补偿拓扑电路，并计算无线充电系统恒流恒压输出时的理想电流输出值及其工作频率与理想电压输出值及其工作频率；S2、无线充电系统线圈偏移或距离变化时，计算无线充电系统恒流输出模式下的输入电压并调节，使得无线充电系统的输出电流接近理想电流输出值；计算无线充电系统恒压输出模式下的工作频率并调节，使得无线充电系统的输出电压接近理想电压输出值。本发明可以实现在无线充电系统两侧线圈发生偏移或距离变化下对电池进行恒流恒压充电。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，尤其涉及线圈偏移或距离变化条件下的无线充电系统的恒流/恒压输出方法。

背景技术

近年来随着大气污染和能源消耗问题的加剧，电动汽车以其清洁高效的特点逐渐取代着传统的燃油车。将无线电能传输技术应用于电动汽车供电成为了热门的研究方向。电动汽车电池是电动汽车的重要组成部分，是电动汽车正常运行的关键。电池的充电方法有三种：恒流充电法、二阶段充电法、恒压充电法。在恒流充电方法的后期，充电电流主要用于电解水产生气体，导致气体呼出过多。在恒压充电初期，电流过大，对电池寿命有很大影响，容易使电池板弯曲，导致电池报废。因此，采用恒流和恒压相结合的二阶段充电方法。在充电起始阶段为恒流模式，随着电池电压的上升，充电过程切换到恒压模式。而电池在充电过程中电压变化范围较大，为了延长电池的使用寿命，充电系统需要精确满足所要求的充电电流及电压。无线充电系统的输出状态受多种参数及工作条件的影响，因此必须保证输出的负载特性曲线符合电池充电曲线，具有一定的负载适应性。

一般来说，实现电池恒流和恒压输出的无线充电方法可以分为两种：变拓扑法和变工作频率法。

变拓扑的方法是采用复合拓扑结构，恒流输出采用种拓扑，恒压输出采用另种拓扑，工作频率保持不变。2015年，曲小慧等人系统地分析了四种基本无线电能传输补偿结构的输入和输出特性，找到了能够实现恒流或恒压输出的拓扑结构和工作条件。提出了基于串串和并串补偿或串并和并并补偿的混合充电拓扑。2017年黄学良等设计了一种应用于电池充电的无线功率传输系统，提出了从恒流充电模式切换到恒压充电模式的策略。采用LCL-LCL拓扑实现恒流输出，采用LCL-S拓扑实现恒压输出。然而，可变拓扑方法增加了元件的数量和复杂性，当线圈不对准时系统可能处于失谐状态，从而降低了传输效率。

变工作频率的方法是在单一拓扑结构下实现恒流和恒压电池的充电特性，但充电过程中需要两种工作频率。2014年黄志聪等提出串串拓扑可以实现恒流和恒压两种不同频率的输出，但不考虑线圈不对中问题。2017年Tran等提出了一种适用于电动汽车车载充电器的高效感应无线功率传输系统。此系统增加了两个带有谐振电容的中间线圈以提高功率传输效率，谐振槽设计两个不同频率的电流源和电压源，实现恒流和恒压输出。它给出了无线电能传输系统在各种错位情况下的效率，但没有给出解决错位问题的方案。

因此，有必要解决线圈错位下恒流和恒压输出可以实现的问题。

发明内容

本发明提出了一种偏移或距离变化条件下无线充电系统恒流/恒压输出的方法，先通过跨导幅值方程估算耦合系数，再根据该耦合系数分别计算无线充电系统恒流输出模式下的输入电压以及恒压输出模式下的工作频率，从而调节无线充电系统的输出电流或工作频率，使得无线充电系统恒流输出或恒压输出。

为了达到上述目的，本发明提出一种无线充电系统恒流/恒压输出的方法，包含以下步骤：

S1、选择无线充电系统的最优补偿拓扑电路，并计算无线充电系统恒流恒压输出时的理想电流输出值及其工作频率与理想电压输出值及其工作频率；

S2、无线充电系统线圈偏移或距离变化时，计算无线充电系统恒流输出模式下的输入电压并调节，使得无线充电系统的输出电流接近理想电流输出值；计算无线充电系统恒压输出模式下的工作频率并调节，使得无线充电系统的输出电压接近理想电压输出值。

所述步骤S1具体包含以下步骤：