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专利号: 2021108653010
申请人: 西南交通大学
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:

1.一种基于可变电感的WPT系统高效恒流/恒压充电方法,其特征在于,包括如下步骤:a.建立基于可变电感的双半桥逆变器WPT系统基波等效模型;

b.计算恒流/恒压输出条件下可变电感的操作范围;

c.建立可变电感磁路等效模型,根据可变电感操作范围设计可变电感;

d.设计系统的恒流/恒压输出闭环控制策略。

2.根据权利要求1所述的一种基于可变电感的WPT系统高效恒流/恒压充电方法,其特征在于,所述WPT系统包括发射端和接收端,所述发射端包括直流输入电源,所述直流输入电源的直流输入电压为Vdc,所述直流输入电源连接有双半桥逆变器,所述双半桥逆变器包括MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3和MOS管S4,所述MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3和MOS管S4分别对应的门极信号为vgs1、vgs2、vgs3、vgs4,MOS管S1和MOS管S3驱动信号相同,MOS管S2和MOS管S4驱动信号相同,MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3和MOS管S4均导通50%周期,所述双半桥逆变器连接有发射线圈LP,所述发射线圈串联有相同的两个可变电感L1和L2,发射线圈LP与接收端的接收线圈LS磁耦合,发射线圈LP与接收线圈LS互感为M,所述接收端还包括与接收线圈LS连接的全桥二极管整流器,所述全桥二极管整流器与负载电阻RL电连接,发射线圈LP串联谐振电容CP,接收线圈串联谐振电容CS,发射线圈与接收线圈的寄生电阻分别为RP和寄生电阻Rs。

3.根据权利要求1所述的一种基于可变电感的WPT系统高效恒流/恒压充电方法,其特征在于,所述步骤a中等效模型建立的步骤如下:步骤1.根据WPT系统负载RL,计算整流器交流输入侧等效负载Req.L和发射端输入侧等效负载Req.P;根据双半桥逆变器,计算输出侧电压相量步骤2.计算双半桥逆变器输出侧电流 发射端电流 和接收端电流其中 为逆变器输入侧电压相量, 为双半桥逆变器输出侧电流相量;ω为系统的角频率;M为耦合机构的互感值;L为可变电感L1和L2的感值;

步骤3.计算WPT系统的输出电流Iout和输出电压Vout:其中Vdc为逆变器的输入电压。

4.根据权利要求1所述的一种基于可变电感的WPT系统高效恒流/恒压充电方法,其特征在于,所述步骤b中分析条件如下:

为保证WPT系统恒流/恒压输出,可变电感的操作范围需满足:GI为恒定的系统电流增益,GV为恒定的系统电压增益。

5.根据权利要求1所述的一种基于可变电感的WPT系统高效恒流/恒压充电方法,其特征在于,所述步骤c中设计方法步骤如下:可变电感为E形铁形状组合成的闭合线圈,可变电感由主绕组和辅助绕组两部分组成,主绕组位于E形铁的中间支柱上,辅助绕组位于与中间铁芯平行的两侧支柱上,两侧的辅助绕组匝数相同、串联连接且极性相反,通过辅助线性电流源电路向辅助绕组注入直流电流,控制该电流大小,实现对绕组电感的持续调节;

具体地,建立基于双E形磁芯的可变电感等效磁路模型,根据所述步骤b中可变电感的操作范围,结合磁芯尺寸、B‑H曲线的参数分别对操作范围的最大值与最小值进行磁路计算,最终得到主、辅助绕组的匝数。

6.根据权利要求1所述的一种基于可变电感的WPT系统高效恒流/恒压充电方法,其特征在于,所述步骤d中实现恒流/恒压输出的闭环控制策略步骤如下:步骤1.采集WPT系统直流输出电压Vdc和直流输出电流Idc,实时检测系统负载上的电压值,具体地,充电开始时,根据电池充电需求,系统以恒流充电模式运行,当负载电压值上升为恒压充电所需的值时,系统转变为恒压充电模式运行;

步骤2.根据WPT系统不同充电模式,将采集到的Vdc或Idc通过PI控制器与参考电压或电流值进行比较后输出一个电压信号,该信号通过设计的直流电流源可以控制可变电感辅助绕组的直流电流,进而调节可变电感的等效电感。