[发明专利]一种无线充电系统的双边LCC补偿网络调节方法及系统

说明书

本发明涉及一种无线充电系统的双边LCC补偿网络调节方法及系统。该方法包括获取无线充电系统中补偿元件的额定参数值、额定工作频率以及原边发射线圈和副边接收线圈对准时的标准耦合系数；根据补偿元件的参数值的变化确定无线充电系统输出性能的变化率；根据无线充电系统输出功率的变化率确定可调补偿元件；获取原边发射线圈和副边接收线圈的实时耦合系数；判断实时耦合系数是否小于耦合系数阈值；若实时耦合系数不小于耦合系数阈值，则调节无线充电系统的工作频率；若实时耦合系数小于耦合系数阈值，则同时调节无线充电系统的工作频率和可调补偿元件。本发明降低了控制的复杂程度，实现了无线充电系统在弱耦合情况下的额定功率的输出。

技术领域

本发明涉及无线充电领域，特别是涉及一种无线充电系统的双边LCC补偿网络调节方法及系统。

背景技术

无线能量传输(Wireless Power Transfer，WPT)因其便捷、安全、耐用以及适应性强等优点，广泛应用于医疗、通讯、交通等领域。其在电动汽车上的使用有希望解决充电不便捷性的问题。系统的核心部分主要包括磁耦合机构、补偿网络、原边逆变器与副边整流桥，结构框图如图1所示，其显著的特点是耦合器两线圈之间存在较大的间隙，为松耦合。功率传输基于法拉第电磁感应原理，在耦合器原边线圈接入交变电流产生交变磁场，副边线圈感应出电能，从而实现电能在分离的原副边间的传递。实际工作过程如下：电网工频交流电压接入系统，首先经过PFC整流为中间级直流电压，再经逆变器形成高频交流电压，高频电压施加在由原边补偿网络与原边发射线圈组成的原边谐振电路中；副边接收线圈感应出高频交流电压，经过副边线圈与副边补偿网络构成的副边谐振电路后，高频交流电压通过整流器成为车载电池需要的直流电压，从而为车载电池充电。

由于系统依靠一组松耦合的线圈传递能量，补偿网络对于提升效率与功率必不可少。双边LCC补偿网络因其具有较好的稳定性，谐振频率不受耦合系数与负载变化的影响，且可工作于单位功率因数下而受到关注。电动汽车无线充电系统传输功率与效率对汽车停靠位置的准确度要求很高，但实际应用中停车偏差难以避免，传能线圈的对位难免偏移，导致耦合系数下降，传递功率的能力下降。

为解决上述问题，专利CN 110277820 A设计了一种基于LCC补偿网络的参数自调节无线充电系统。本质是一种自动调节补偿电路电感和电容的装置：首先，系统中的控制器具有运算系统补偿电容和补偿电感的参数的功能，当把系统已知的频率、输入输出电压、线圈自感、最大功率等参数写入控制器中时，其能够自动计算谐振状况下需要的补偿参数；原副边补偿电感具有滑动触头(类似于滑动变阻器)，控制原副边补偿电感的滑动触头的移动位置至计算的电感值处；原副边补偿电容采用可变电容阵列，可变电容阵列由若干个电容元件串并联组成，且在各支路设有开关元件，控制电容阵列内各开关的通断情况，从而使补偿电容(可变电容阵列)达到某一计算好的值。可达到的效果为：在不拆装变动元器件的情况下快速实现元器件参数的调节，有效提高能量传输效率。但是双边LCC补偿网络具有多个补偿元件，包括2个补偿电感、4个补偿电容。该方案无差别地将所有补偿元件都设计为参数可调的元件，为了保证一定的可调范围，额外增加了许多电子器件，这增加了系统的复杂性，增大了系统的体积，提高了系统的成本，实际应用中可能会受安装空间的限制，从而制约其可行性。

专利CN 110971015 A设计了一种地面和车载可调LCC谐振无线充电系统，由地面控制单元与车载控制单元组成。方案中的地面控制单元根据负载的变化、线圈偏移量的变化和输入电源的波动，通过调节地面可调LCC补偿网络功率管Qp1与Qp2的占空比调节可变电容Cp2的大小，进而调整地面单元的阻抗，使地面单元工作在谐振的状态。车载控制单元根据线圈偏移距离变化和负载变化引起的阻抗变化，通过调节车载可调LCC谐振网络功率管Qs3与Qs4的占空比调整电容Cs2的大小，进而调整车载单元的阻抗，使车载单元工作在谐振状态。两个单元协同工作，使整个无线充电系统实现磁耦合谐振充电。但是并没有给出选择并联补偿电容为可调对象的理论依据；除此之外，电容的调节依靠调节功率管的占空比实现，增加了控制的复杂程度，功率管的增加也提升了成本；整体系统结构较为复杂。