[发明专利]一种LCC-S型无线电能传输系统及参数设计方法

说明书

本发明属于无线电能传输技术领域，涉及一种LCC‑S型无线电能传输系统及参数设计方法，系统包括：全桥逆变电路、发射端LCC型谐振补偿网络、耦合线圈机构、接收端S型谐振补偿网络和等效负载模块。方法包括：S1、根据输入、输出和输出特性曲线，对无线电能传输系统进行参数初始计算与选取；S2、根据LCC‑S型谐振拓扑失谐状态的电路输出特性得到参数优化设计约束一；S3、根据全桥逆变电路功率器件的软开关动作实现条件得到参数优化设计约束二；S4、完成对系统优化参数的计算与选取。本发明使无线电能传输系统在耦合系数宽范围变化工况下保持相对稳定的电压、功率和较高运行效率，降低系统对耦合系数变化的敏感度，提高泛用性。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，涉及一种LCC-S型无线电能传输系统及参数设计方法，尤其涉及一种适用于耦合系数宽范围变化工况的LCC-S型无线电能传输系统及适用于耦合系数宽范围变化工况的LCC-S型无线电能传输系统的拓扑参数设计方法。

背景技术

无线电能传输技术具有安全、便捷和减少线材磨损等多种优点，是一种极具发展潜力的新型充电方式，目前在诸如电动汽车、无人机、便携式电子设备和可移植式医疗设备等多种场合都有广泛应用。然而，无线电能传输技术的一大缺点是：系统的输出功率与运行效率受能量传输线圈间互感影响很大。当能量传输线圈间的互感降低时，系统的输出功率与运行效率将显著降低。在实际应用中，能量传输线圈间的互感非常容易偏离系统设计的初始值。两能量传输线圈间的水平偏移、垂直偏移以及角度变化等工况，都会使无线电能传输系统的工作点偏离预设的最优区域，导致系统输出功率和运行效率的降低。

为了应对耦合系数宽范围变化工况给无线电能传输系统带来的不利影响，有学者提出了具有优秀抗偏移性能的线圈设计，如DD型线圈和DDQ型线圈等，一些研究则提出了新型的控制策略。但新型的线圈设计方案并不一定适合各种应用场合，复杂的控制策略也带来了操作上的不便性。因此，如果能从无线电能传输系统的谐振拓扑参数设计中进行改进，从而改善无线电能传输系统应对耦合系数宽范围变化工况的表现性能，将会是一个更经济和更便利的优化方案。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种适用于耦合系数宽范围变化工况的LCC-S型无线电能传输系统及其拓扑参数设计方法，不仅使无线电能传输系统在耦合系数宽范围变化工况下能够保持输出功率的相对稳定，还兼顾了减少电路中的高频开关器件损耗，使无线电能传输系统同样能够保持较高的运行效率。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种LCC-S型无线电能传输系统，所述LCC-S型无线电能传输系统适用于耦合系数宽范围变化工况，所述LCC-S型无线电能传输系统包括：全桥逆变电路、发射端LCC型谐振补偿网络、耦合线圈机构、接收端S型谐振补偿网络和等效负载模块；

所述全桥逆变电路的输入端与直流电压V_i相连，全桥逆变电路的输出端与发射端LCC型谐振补偿网络相连，所述发射端LCC型谐振补偿网络与耦合线圈机构相连；所述耦合线圈机构与接收端S型谐振补偿网络相连；所述接收端S型谐振补偿网络与等效负载模块相连。

在上述技术方案的基础上，所述发射端LCC型谐振补偿网络包括：串联谐振电感L_s1、发射端串联谐振电容C_s1、发射端并联谐振电容C_p1、串联谐振电感等效内阻R_s1和发射线圈等效内阻R₁；

所述耦合线圈机构包括：发射线圈自感L₁和接收线圈自感L₂；

所述接收端S型谐振补偿网络包括：串联谐振电容C₂和接收线圈等效内阻R₂；

所述等效负载模块包括：等效负载电阻R_L；