[发明专利]基于中继线圈恒流输出无线电能补偿网络及参数确定方法

说明书

本发明针对三线圈的无线电能传输系统，提出一种含中继线圈的三线圈磁耦合系统的补偿网络结构及参数确定方法，该方法将中继线圈内阻引入到模型中，加以分析，得到一种不受中继线圈上补偿电容及内阻影响的恒流输出补偿网络结构与参数的确定方法，同时也消除三线圈系统中的交叉耦合问题，使系统完全补偿，从而获得良好的输出特性，并且具有抗失谐能力。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，具体涉及一种基于中继线圈恒流输出无线电能补偿网络及参数确定方法。

背景技术

随着电动汽车产业的快速发展，人们对充电系统的安全性、便捷性提出了更高的要求。因此，电动汽车的非接触式充电系统也得到了越来越广泛的应用。当传输距离增加，无线电能传输系统的传输效率迅速下降。为解决这一问题，在发射线圈与接收线圈中间插入中继线圈是增大无线能量传输距离的简单易行、经济实惠的有效途径。

中继线圈的引入给长距离的无线电能传输提供了可能性，但较传统的两线圈无线电能传输，不仅存在交叉耦合问题，还增加了中继线圈谐振环节，使得分析困难且难以对其进行设计。目前，现有的补偿方式是控制各线圈自感与补偿电容的谐振频率一致，来提高系统的能量传输能力。但这样的补偿方式，并没有考虑多个线圈之间存在的交叉耦合问题，无法完全补偿系统的内电抗；其次，应用中含中继线圈的磁耦合系统存在三个谐振频率，相比于不含中继线圈的两线圈系统更容易出现补偿网络失谐问题；再者，在中继线圈上，线圈自感与补偿电容串联谐振，这使得中继线圈上的电流很大，为减少中继线圈对系统输出的影响，必须采用高Q值的线圈电感，反之，如果中继线圈上的电阻较大时，将会影响系统输出特性与输出效率。针对含中继线圈的无线电能传输系统存在的交叉耦合，失谐等问题，就系统输出特性展开研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于中继线圈恒流输出无线电能补偿网络及参数确定方法，解决含中继线圈的无线电能传输系统存在的交叉耦合，失谐等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于中继线圈恒流输出无线电能补偿网络，包括发射线圈电路、中继线圈电路和接收线圈电路；所述发射线圈电路包括依次串联连接形成回路的电压源U_in、发射线圈回路补偿电容C_S和发射线圈L₁；所述中继线圈电路包括串联连接的中继线圈L_r和中继线圈回路电阻R_r；所述接收线圈电路包括并联连接的接收线圈L₂，接收线圈并联补偿电容C_P和负载R_L。

一种基于中继线圈恒流输出无线电能补偿网络，包括发射线圈电路、中继线圈电路和接收线圈电路；所述发射线圈电路包括依次连接形成回路的电流源I_in和发射线圈L₁，还包括并联于电流源I_in两端的发射线圈回路补偿电容C_P1；所述中继线圈电路包括串联连接的中继线圈L_r和中继线圈回路电阻R_r；所述接收线圈电路包括并联连接的接收线圈L₂，接收线圈并联补偿电容C_P2和负载R_L。

基于中继线圈恒流输出无线电能补偿网络的参数确定方法，包括以下步骤：

步骤A1:将三线圈互感模型等效为变压器T模型；

步骤A2：进行戴维南等效和等效源变换，得到负载前的阻抗完全补偿，等效源I_sc直接加在负载两端，实现恒流输出：