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专利号: 2018110393058
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于无线电能传输系统恒流‑恒压输出特性的充电方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:

步骤1,采用无线电能传输LC/S补偿拓扑,通过基波等效原理,将频率等于逆变器开关频率的正弦电压源替代LC/S补偿拓扑中的直流输入电压源和逆变器,忽略电感和电容的寄生电阻,松耦合变压器用互感模型代替,得到LC/S补偿拓扑等效互感模型电路;

步骤2,将全桥整流电路用等效负载电阻RE替代,一次侧并联补偿电容C1拆分成电容C′1和电容C″1,电容C′1和电容C″1并联连接,即:C′1+C″1=C1                    (2)则,一次侧串联补偿电感L0和电容C′1构成一个LC谐振腔,一次侧线圈自感L1和电容C″1构成一个CL谐振腔,二次侧线圈自感L2和二次侧串联补偿电容C2构成一个串联谐振腔,得到LC/S补偿拓扑等效互感模型简化电路;

步骤3,根据步骤2得到LC/S补偿拓扑等效互感模型简化电路,计算LC谐振腔、CL谐振腔和串联谐振腔的系统谐振角频率ω0,逆变器输出电压的基波分量U1,LC谐振腔、CL谐振腔和串联谐振腔三个网孔的电流值,开关频率ωn和原副边线圈耦合系数k;

步骤4,根据步骤2得到LC/S补偿拓扑等效互感模型简化电路定义LC/S补偿拓扑的互导增益Gi和电压增益Gv,得到无线电传输系统具有恒流输出特性和恒压输出特性时的频率点;

具体过程如下:

(1)定义互导增益Gi:等效负载电阻RE上的电流值I2与激励电源电压值U1的比值,即:式(10)中,k为原副边线圈耦合系数,ωn为开关频率,RE为等效负载电阻,L1为一次侧线圈自感,L2为二次侧线圈自感,C2为二次侧串联补偿电容;

当ωn=1时,互导增益Gi在互感M为定值,等效负载电阻RE不同时相等,即在ωn=1频率点处无线电能传输系统获得恒流输出特性;

(2)定义电压增益Gv:等效负载电阻RE上的电压值U2与激励电源电压值U1的比值,即:式(16)中,k为原副边线圈耦合系数,ωn为开关频率,RE为等效负载电阻,L1为一次侧线圈自感,L2为二次侧线圈自感,C2为二次侧串联补偿电容;

则在ωn=1处的两侧分别得到频率点ωnA和频率点ωnB,在频率点ωnA和频率点ωnB处,电压增益Gv在等效负载电阻RE不同时相等,即在频率点ωnA和频率点ωnB处无线电能传输系统获得恒压输出特性;

步骤5,将无线电能传输系统处于步骤4得到的频率点下对蓄电池进行恒流‑恒压分段充电。

2.根据权利要求1所述的基于无线电能传输系统恒流‑恒压输出特性的充电方法,其特征在于,所述步骤2中的等效负载电阻RE为:式(1)中,RL为阻性负载。

3.根据权利要求1所述的基于无线电能传输系统恒流‑恒压输出特性的充电方法,其特征在于,所述步骤3中的LC谐振腔、CL谐振腔和串联谐振腔的系统谐振角频率ω0为:式(3)中,L0为一次侧串联补偿电感,L1为一次侧线圈自感,L2为二次侧线圈自感;

设定L0=L1,即C′1=C″1=C1/2,可得到:根据基尔霍夫定律可得,逆变器输出电压的基波分量U1,即激励电源电压,则通过方程组(5)进行计算:

式(5)中,I0、I1、I2为LC/S补偿拓扑等效互感模型简化电路中三个网孔的电流,Zr为二次侧阻抗折算到一次侧的折射阻抗,Z2为二次侧串联阻抗,ωs为电压源角频率等于逆变器开关频率,M为互感;

其中,一次侧阻抗Z1、二次侧阻抗折算到一次侧的折射阻抗Zr、二次侧串联阻抗Z2分别为:

则三个网孔的电流分别为:

根据电压源角频率ωs和系统谐振角频率ω0,则逆变器标幺化开关频率ωn为:原副边线圈耦合系数k为:

4.根据权利要求1所述的基于无线电能传输系统恒流‑恒压输出特性的充电方法,其特征在于,无线电能传输系统输出电流还具有负载无关特性,具体如下:公式(10)的分母实部为0时,即:得到副边输出电流I2:

通过式(13)计算高频逆变器输出方波交流电压有效值U1v,即式(13)中,Ud为直流电压源电压;

由公式(1)和公式(12)计算全桥整流等效负载电阻RE上的平均功率 即:式(14)中,RL为阻性负载,U1v为高频逆变器输出方波交流电压有效值;

则通过公式(14)得到阻性负载RL的电流为:

5.根据权利要求1所述的基于无线电能传输系统恒流‑恒压输出特性的充电方法,其特征在于,无线电能传输系统输出电压还具有负载无关特性,具体如下:公式(16)的分母虚部为0时,即:得到频率点ωnA和频率点ωnB的频率为:则得到二次侧输出电压U2为:

6.根据权利要求1所述的基于无线电能传输系统恒流‑恒压输出特性的充电方法,其特征在于,所述步骤5中将无线电能传输系统在ωn=1频率点处对蓄电池进行恒流充电,当电池SOC达到阈值时,无线电能传输系统频率跳变到频率点ωnB处对蓄电池进行恒压充电,直至蓄电池充满,则完成对蓄电池的恒流‑恒压分段充电。