[发明专利]适用于无线供电系统的双边LCC补偿网络参数设计方法

说明书

本发明公开一种适用于无线供电系统的双边LCC补偿网络参数设计方法，该无线供电系统在不需要调整系统频率和原边(或副边)补偿网络参数的条件下，就可以实现电压增益可调，这有利于系统输出适应不同电池规格。本发明的参数设计方法利用双边LCC补偿网络参数设计自由度高的特点，以谐振变换单元(包括双边LCC补偿网络以及非接触变压器)效率最优为目标完成参数设计。本发明的参数设计方法在无线供电系统输入电压一定，输出电压低的情况下，对原边串联补偿电容的电压电流应力具有较好的改善作用；在输出电压一定，输入电压低的情况下，对副边串联补偿电容的电压电流应力具有较好的改善作用。

技术领域：

本发明涉及一种适用于无线供电系统的双边LCC补偿网络参数设计方法，属于电能变换领域，可应用于AGV小车、新能源汽车等车用无线充电器的补偿网络设计。

背景技术：

无线供电(Wireless Power Transfer，简称WPT)又称磁耦合谐振式充电、非接触式充电，主要利用电磁感应原理，由发射端将电能传输至接收端，其中没有任何物理连接。这种方式相比于接触式电能传输，其使用更安全便捷、无机械磨损、无电火花和触电危险，可适用多种恶劣环境和天气，在医疗、家用电器、电动汽车及矿井油田作业等场合具有良好的应用前景。其中感应式无线电能传输技术(Inductive power transfer,IPT)相对成熟，功率适应范围宽，是目前研究应用最多的一种无线供电技术。

IPT变换器中，非接触变压器耦合系数较低，需要加入补偿网络，补偿漏感和励磁电感，减小电路的无功负荷，实现电能高效传输。常见的补偿网络包括四种基本补偿网络(串/串、串/并、并/串、并/并补偿网络)以及原边LCL补偿及其衍生的多种补偿网络(包括LCL/S、LCL/P、双边LCL补偿网络及双边LCC补偿网络等)。其中双边LCC补偿网络具有不容易失谐、变换器效率对错位偏移不敏感，可在较宽的耦合系数下实现能量的高效传输等突出优点，成为AGV小车、新能源汽车等车用无线充电器优选的补偿网络。美国汽车工程师协会(SAE)J2954TM工作组给出的电动汽车无线充电国际标准中，也选用双边LCC补偿网络作为推荐使用的补偿结构。

目前，在AGV小车、新能源汽车等可充电设备中最常见的负载是电池，而不同的产品其电池规格各不相同，这就需要含有双边LCC补偿网络的无线供电系统具有产品兼容性，能够适应不同的电池规格。同时，由于双边LCC补偿网络的补偿参数较多，在谐振条件下仍然具备两个参数设计自由度。为了方便设计，目前绝大多数已给出的设计思想均基于对称式参数设计方式，即满足基本谐振方程且L_f1＝L_f2。针对剩余的一个设计自由度，有研究利用阻抗匹配，在原副边串联补偿电感相等条件下，对副边LCC补偿网络进行参数设计；有研究以输入零相角(ZPA)为目标进行双边LCC参数设计，实现了频率变化最小的恒流恒压切换；也有研究以原边逆变器开关管实现软开关(ZVS)为目标，对双边LCC补偿网络进行参数设计。但以上做法均会造成自由度的损失，没有对双边LCC补偿网络高自由度的特点加以利用，让其在较大输出电压变化范围内效率稳定。文献“Analytical Investigation onAsymmetric LCC Compensation Circuit for Trade-off between High Efficiency andPower”虽然也采用L_f1≠L_f2的一种参数设计方法，但此文中原边补偿电感提前给定，没有设计自由，而且整个设计过程不考虑变压器及补偿元件内阻，设计精度偏低。

目前尚无一种可适用于AGV小车、新能源汽车等可充电设备的含有非对称双边。补偿网络的无线供电系统，该系统既能够充分利用该补偿网络的高自由度，有利于系统效率在电压增益变化的过程中一直保持较高水平，还能在系统直流电压到负载端电压的比例灵活可调的情况下，尽可能保证较多的补偿元件参数不变，而且补偿元件电压电流应力尽量较小，使系统轻量化、低成本，能够适应不同的电池规格，这些都是目前设计难点。

发明内容：