基于倍压整流器的动态无线供电系统功率波动抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了基于倍压整流器的动态无线供电系统功率波动抑制方法，属于动态无线充电技术领域。解决了动态无线供电系统接收端移动过程中，由于发射线圈与接收线圈互感波动所导致的输出电压和功率波动问题，使系统输出电压维持在一个恒定值，避免了动态无线供电系统的无功率区域，确保了系统的供电稳定性和可靠性。本发明专利技术包括如下步骤:a.构建基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统拓扑结构；b.根据拓扑结构线圈相对偏移状态，调节基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统的工作模式，确保输出电压U

【技术实现步骤摘要】
基于倍压整流器的动态无线供电系统功率波动抑制方法
本专利技术属于动态无线充电
，具体涉及基于倍压整流器的动态无线供电系统的功率波动抑制方法。
技术介绍
无线电能传输(WirelessPowerTransfer，WPT)又称无线电力传输，非接触电能传输，是指通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量(如电磁场能、激光、微波及机械波等)，隔空传输一段距离后，再通过接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能传输。由于能源、环境的污染，电池容量及充电基础设施等条件的限制，充电问题称为电动汽车等发展过程中面临的最大瓶颈，而有线充电和静态无线充电技术都存在充电频繁、续航里程短、电池用量大且成本高等问题。因此，对动态无线供电技术的发展要求日益迫切。在目前的无线电能传能系统中，发射与接收线圈之间的互感是影响输出电压的重要因素。在动态无线供电系统中，发射与接收线圈之间的互感会因为接收端的移动而发生波动，进而导致系统输出电压的变化，这将极大地影响接收端用电设备的安全、可靠运行。为此，动态无线供电系统急需一种能解决由于接收端移动过程中输出电压变化问题的方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为了保证动态无线供电系统接收端移动过程中输出电压的稳定，提出了基于倍压整流器的动态无线供电系统的功率波动抑制方法，该方法可在接收端移动的过程中，使系统输出电压维持在一个恒定值，避免了动态无线供电系统的无功率区域，确保了系统的供电稳定性和可靠性。同时，该方法无需复杂的闭环控制手段，具有良好的适用性和可操作性。本专利技术采用的技术方案如下：基于倍压整流器动态无线供电系统的功率波动抑制方法，包括以下步骤:a.构建基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统拓扑结构；b.根据拓扑结构线圈相对偏移状态，调节基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统的工作模式，确保输出电压U0稳定。进一步地，所述基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统包括直流电源Udc和依次与直流电源Udc连接的电容C、全桥逆变器、多个并联的LCC发射端，所述接收端包括倍压整流器和依次与倍压整流器连接的电容CL、负载电阻RL；根据基尔霍夫电压电流定律，系统可以描述为：其中，ω是系统的角频率。由于系统谐振，所以有：jωLr+1/jωCr＝0，jωLp+1/jωCp＝0，jωLs1+1/jωCs1＝0，jωLs2+1/jωCs2＝0，当接收端在移动过程中原边与副边线圈的相对位置变化，发射端和接收端线圈的互感存在差异，系统三种工作模式如下:A.开关S1闭合，其余开关断开，发射线圈和接收线圈对准，互感和近似相同，两个接收线圈的电压即可认为是在这种情况下，接收线圈S1和S2串联，整流器工作在全桥整流模式，两个接收线圈都传输电能；由于接收线圈的电压平衡，幅值和相位近似等于的幅值和相位；通过电容C1和C2的电流很小，和可看作当系统处于稳定状态时的直流电压；在这个工作模式下输出电压Uo为：忽略导体电能损耗并且假设和的相位相等，有：根据式(2)和式(3)，流过两副边线圈的电流可得：将(4)代入(1)，可得：感应电压和的幅值和增益可表示为：其中，gan＝Ms1/Lr，gnb＝Ms2/Lr，gan和gbn为两个接收线圈的电压增益；B.开关S1闭合，其余开关断开，副边线圈S1与原边线圈P1的距离大于副边线圈S2和原边线圈P1的距离，互感和不平衡，整流器的运行方式也不同；若并且由于C1和C2的钳位效应，和大致相等，接收线圈S1感应电压的振幅为：由于的振幅大于只有接收线圈LS1接收能量，整流器工作在倍压整流模式，并且由于接收线圈Ls2被二极管钳住，电流is2等于零；当uan在正半周期时，电流is1通过二极管D1和电阻RL给C1,负载电流IL通过电容C2，回到n点形成闭环，C2同时被充电；当uan在负半周期时，电流is1经过n点，流过C2给C2充电并经过二极管D3和a点再流过Cs1和Ls1形成闭环，C1形成放电电流给负载RL供能，C1处于放电状态；忽略导体的电能损耗并假设和的相位相等，这种工作模式下的输出电压Uo与全桥整流模式下的输出电压不同，为：得为：将(9)和代入(1)，有：的幅值和增益为：其中：gan＝Ms1/Lr；C.与工作模式B类似，当并且只有接收线圈S2处于能量传输状态，由于C1和C2的钳位效应，is1的电流约等于零；可计算得：的幅值和增益为：其中：gnb＝Ms2/Lr；综上所述，无论发射端与接收端是否对准，系统的输出电压Uo可表示为：即系统输出电压为两个接收线圈电压中较大值的两倍，利用该属性，可设计对应的发射线圈阵列和相关控制方法，使接收端在移动时，系统输出电压与发射线圈与接收线圈互感最大值成正比。即使接收线圈与其中一个或几个发射线圈的互感减小，只要两个解耦的接收线圈中的一个与任一发射线圈之间的互感能够维持在较高的水平，即可实现输出电压的恒定。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，在接收端移动时，使系统输出电压维持在一定的稳定范围内，避免了无功率区域，从而为系统稳定供电。2、本专利技术中，发射和接收线圈均采用DD结构，漏磁小，耦合系数高，发射端为多个LCC结构并联，在延长发射端长度的同时减少了用线量，降低了成本。3、本专利技术中，提出的基于倍压整流器的动态无线供电系统，根据输出恒压特性设计了一种新的拓扑，在它的几种不同的工作状态下，都能保证在线圈移动的情况下，负载的电压在极小的范围内波动，很好地实现了功率波动的抑制。它不需要根据线圈相对位置的改变搭建复杂的闭环系统，从而减小了控制系统的复杂性，提高了经济性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对其中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的技术方案，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统拓扑图。图2(a)为当副边线圈移动至与原边线圈正对并且uan在正半周期时的系统等效电路。(MS1＝Ms2)图2(b)当副边线圈移动至与原边线圈正对并且uan在负半周期时的系统等效电路。(MS1＝Ms2)图3(a)为副边线圈移动至此位置并且uan在正半周期时系统等效电路。(MS1＞Ms2)图3(b)为副边线圈移动至此位置并且uan在负半周期时系统等效电路。(MS1＞Ms2)图4(a)为副边线圈移动至此位置并且uan在正半周期时系统等效电路。(MS1＜Ms2)图4(b)为副边线圈移动至此位置并且uan在负半周期时系统等效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于倍压整流器动态无线供电系统的功率波动抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：/na.构建基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统拓扑结构；/nb.根据拓扑结构线圈相对偏移状态，调节基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统的工作模式，确保输出电压U

【技术特征摘要】
1.基于倍压整流器动态无线供电系统的功率波动抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.构建基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统拓扑结构；
b.根据拓扑结构线圈相对偏移状态，调节基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统的工作模式，确保输出电压U0稳定。


2.按照权利要求1所述的基于倍压整流器动态无线供电系统的功率波动抑制方法，其特征在于，所述基于原边LCC并联与副边双解耦型的无线供电系统包括直流电源Udc和依次与直流电源Udc连接的电容C、全桥逆变器、多个并联的LCC发射端，所述接收端包括双解耦型接收线圈，倍压整流器和依次与倍压整流器连接的电容CL、负载电阻RL；
根据基尔霍夫电压电流定律，系统可以描述为：



其中，ω是系统的角频率；
由于系统谐振，所以有：
jωLr+1/jωCr＝0，jωLp+1/jωCp＝0，
jωLs1+1/jωCs1＝0，jωLs2+1/jωCs2＝0，
当接收端在移动过程中原边与副边线圈的相对位置变化，发射端和接收端线圈的互感存在差异，系统三种工作模式如下：
A.
开关S1闭合，其余开关断开，发射线圈和接收线圈对准，互感和近似相同，两个接收线圈的电压即可认为是在这种情况下，接收线圈S1和S2串联，整流器工作在全桥整流模式，两个接收线圈都传输电能；由于接收线圈的电压平衡，幅值和相位近似等于的幅值和相位；通过电容C1和C2的电流很小，和可看作当系统处于稳定状态时的直流电压；在这个工作模式下输出电压Uo为：



忽略导体电能损耗并且假设和的相位相等，有：



根据式(2)和式(3)，流过两副边线圈的电流可得：



将(4)代入(1)，可得：



感应电压和的幅值和增益可表示为：



其中，gan＝Ms1/Lr，g...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦瑞坤，刘顺攀，倪嘉蔚，周凌云，何正友，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51