一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法，包括：建立对应于动态无线充电系统的若干发射线圈与单个接收线圈的等效电路，获得最大总馈入系统功率和负载获得功率分别与各个发射线圈上电流的关系式；以获得最大负载获得功率为目标，利用拉格朗日乘数法优化各个发射线圈上的电流；将优化得到的各个发射线圈上的优化电流通过基尔霍夫电路定律转换成各个优化馈电电压，控制动态无线充电系统的实际电压源按照各个优化馈电电压进行馈电，获得动态无线充电系统的最大负载获得功率。本发明专利技术在多发射单接收系统最大总馈入系统功率确定时，通过优化各个发射线圈上电流以获得最大负载获得功率，为分段式动态无线充电系统提供明确的指导。

【技术实现步骤摘要】
一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法
本专利技术涉及动态无线充电
，尤其涉及一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法。
技术介绍
近年来，能源危机和环境污染问题加速了电动汽车的发展，与传统的燃油车相比，电动汽车具有节能环保的优点，然而目前的电动汽车存在储能电池尺寸大、能量密度低、充电频繁、单次充电行驶距离短的问题。为解决目前电动汽车存在的问题，研究人员提出了动态无线充电技术。动态无线充电技术又称为在线充电技术，即通过在行驶汽车的路面下方埋置充电线圈和发射电路，通过电能无线传输方式对路面上行进中的包含接收线圈和接收电路的汽车进行充电。路面下方埋置充电线圈的类型可分为单个长导轨发射线圈结构或者多个短导轨发射线圈结构。对于多个短导轨发射线圈与单个接收线圈构成的动态无线充电系统，需根据充电汽车到达的位置通过开关控制电路接通充电汽车所在位置处的发射线圈和关断无充电汽车所在位置处的其它充电线圈。相比较于长导轨发射线圈时刻都接入馈电电路，多个短导轨发射线圈的动态无线充电系统只有在充电汽车处的一个或若干个小尺寸的发射线圈接入馈电电路，这样就使得后者的发射端损耗和磁场辐射度小于前者。因此多个短导轨发射线圈的动态无线充电系统获得较多的研究，主要集中在充电小车对准充电轨道的定位方法、磁耦合单元的设计、开关控制技术等。然而关于上述多个短导轨发射线圈的动态无线充电系统的研究均为充电电路方面的设计。对于最大总馈入系统功率确定的条件下，如何合理优化每个发射线圈上的电流和馈源电压进而分配馈入每个发射线圈的功率以达到获得高负载获得功率的问题，目前还缺乏一套步骤明确，理论成熟的设计方案。
技术实现思路
本专利技术提供了一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法，主要涉及发射线圈上的电流和馈源电压的优化方法，以解决现有的动态无线充电系统难以达到高负载获得功率这一问题，实现高效的动态无线充电，为多个短导轨发射线圈的动态无线充电系统实现高负载获得功率提供明确的指导。第一方面，本专利技术实施例提供一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法，包括：步骤1，建立对应于动态无线充电系统的两个以上的发射线圈与单个接收线圈的等效电路，基于所述等效电路，根据基尔霍夫电路定律获得最大总馈入系统功率和负载获得功率分别与各个发射线圈上的电流的两个关系式；步骤2，根据所述两个关系式，以获得最大负载获得功率为目标，利用拉格朗日乘数法优化所述各个发射线圈上的电流；步骤3，将优化得到的所述各个发射线圈上的优化电流通过基尔霍夫电路定律转换成各个优化馈电电压，控制所述动态无线充电系统的实际电压源按照各个优化馈电电压进行馈电，获得所述动态无线充电系统的最大负载获得功率。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤1包括：将所述两个以上的发射线圈与单个接收线圈进行排布，获得所述动态无线充电系统的排布模型，所述排布模型的排布方式包括：将所述两个以上的发射线圈沿着小车移动的直线方向均匀地埋置在小车行驶的路面下，将所述单个接收线圈安置在小车内；根据所述动态无线充电系统的排布模型建立等效电路，获得所述等效电路第i个发射线圈与接收线圈的传输品质因素QTiR：QTiR＝ω0MTiR/r′RX，其中，ω0为动态无线充电系统的谐振频率，MTiR为第i个发射线圈与接收线圈间的互感量，1≤i≤n，n表示发射线圈的总个数，n≥2且为正整数，r′RX为接收线圈寄生电阻与负载电阻之和。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤1包括：基于所述等效电路，根据基尔霍夫电路定律获得最大总馈入系统功率PTX和负载获得功率PDL分别与各个发射线圈上的电流ITi的两个关系式：其中，rTXi为第i个发射线圈的寄生电阻，rL为负载电阻值。进一步地，在一种实现方式中，所述步骤2包括：在式(1)的所述最大总馈入系统功率PTX确定的约束条件下，利用拉格朗日乘数法优化所述各个发射线圈上的电流ITi，得到所述第i个发射线圈上的最优电流ITi,OPT，使得式(2)的所述负载获得功率PDL达到最大：其中，QTsR为第s个发射线圈与接收线圈的传输品质因素，1≤s≤n，rTXj为第j个发射线圈的寄生电阻，1≤j≤n且j≠i，j≠s；将所述第i个发射线圈上的最优电流ITi,OPT带入式(2)得到最大负载获得功率PDLMAX：进一步地，在一种实现方式中，所述步骤3包括：根据基尔霍夫电路定律将式(3)的所述各个发射线圈上的优化电流转换成各个馈电电压源的优化电压VTi,OPT：其中，QTjR为第j个发射线圈与接收线圈的传输品质因素，ITj,OPT为第j个发射线圈上的最优电流，MTiTj为第i个发射线圈与第j个发射线圈的互感量，1≤j≤n；以式(5)为指导，用两个以上的电压源实现所述多发射单接收动态无线充电系统的最大负载获得功率PDLMAX传输。第二方面，本专利技术实施例提供一种动态无线充电系统，所述系统用于执行一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法，所述方法包括：步骤1，建立对应于动态无线充电系统的两个以上的发射线圈与单个接收线圈的等效电路，基于所述等效电路，根据基尔霍夫电路定律获得最大总馈入系统功率和负载获得功率分别与各个发射线圈上的电流的两个关系式；步骤2，根据所述两个关系式，以获得最大负载获得功率为目标，利用拉格朗日乘数法优化所述各个发射线圈上的电流；步骤3，将优化得到的所述各个发射线圈上的优化电流通过基尔霍夫电路定律转换成各个优化馈电电压，控制所述动态无线充电系统的实际电压源按照各个优化馈电电压进行馈电，获得所述动态无线充电系统的最大负载获得功率。由以上技术方案可知，本专利技术实施例中提供一种用多发射单接收结构的无线电能传输系统实现高效动态无线充电的优化设计方法。所述方法包括：步骤1，建立对应于动态无线充电系统的两个以上的发射线圈与单个接收线圈的等效电路，基于所述等效电路，根据基尔霍夫电路定律获得最大总馈入系统功率和负载获得功率分别与各个发射线圈上的电流的两个关系式；步骤2，根据所述两个关系式，以获得最大负载获得功率为目标，利用拉格朗日乘数法优化所述各个发射线圈上的电流；步骤3，将优化得到的所述各个发射线圈上的优化电流通过基尔霍夫电路定律转换成各个优化馈电电压，控制所述动态无线充电系统的实际电压源按照各个优化馈电电压进行馈电，获得所述动态无线充电系统的最大负载获得功率。现有技术中，动态无线充电系统难以达到高负载获得功率。而采用前述方法，以获得多个短导轨发射线圈的动态无线充电系统最大负载获得功率为目标，基于拉格朗日乘数法优化各发射线圈上的电流，实现系统最大负载获得功率的传输。此外，在为使用常见的电压源供电，需将发射线圈上优化电流对应到馈电电压源的优化电压。因此，相对于现有技术，本专利技术解决了在最大总馈入系统功率确定的条件下，实现短导轨发射线圈的动态无线充电系统最大负载获得功率传输的关键难题，实现高效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法，其特征在于，包括：/n步骤1，建立对应于动态无线充电系统的两个以上的发射线圈与单个接收线圈的等效电路，基于所述等效电路，根据基尔霍夫电路定律获得最大总馈入系统功率和负载获得功率分别与各个发射线圈上的电流的两个关系式；/n步骤2，根据所述两个关系式，以获得最大负载获得功率为目标，利用拉格朗日乘数法优化所述各个发射线圈上的电流；/n步骤3，将优化得到的所述各个发射线圈上的优化电流通过基尔霍夫电路定律转换成各个优化馈电电压，控制所述动态无线充电系统的实际电压源按照各个优化馈电电压进行馈电，获得所述动态无线充电系统的最大负载获得功率。/n

【技术特征摘要】
1.一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法，其特征在于，包括：
步骤1，建立对应于动态无线充电系统的两个以上的发射线圈与单个接收线圈的等效电路，基于所述等效电路，根据基尔霍夫电路定律获得最大总馈入系统功率和负载获得功率分别与各个发射线圈上的电流的两个关系式；
步骤2，根据所述两个关系式，以获得最大负载获得功率为目标，利用拉格朗日乘数法优化所述各个发射线圈上的电流；
步骤3，将优化得到的所述各个发射线圈上的优化电流通过基尔霍夫电路定律转换成各个优化馈电电压，控制所述动态无线充电系统的实际电压源按照各个优化馈电电压进行馈电，获得所述动态无线充电系统的最大负载获得功率。


2.根据权利要求1所述的一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法，其特征在于，所述步骤1包括：
将所述两个以上的发射线圈与单个接收线圈进行排布，获得所述动态无线充电系统的排布模型，所述排布模型的排布方式包括：将所述两个以上的发射线圈沿着小车移动的直线方向均匀地埋置在小车行驶的路面下，将所述单个接收线圈安置在小车内；
根据所述动态无线充电系统的排布模型建立等效电路，获得所述等效电路第i个发射线圈与接收线圈的传输品质因素QTiR：
QTiR＝ω0MTiR/r′RX，
其中，ω0为动态无线充电系统的谐振频率，MTiR为第i个发射线圈与接收线圈间的互感量，1≤i≤n，n表示发射线圈的总个数，n≥2且为正整数，r′RX为接收线圈寄生电阻与负载电阻之和。


3.根据权利要求2所述的一种动态无线充电系统最大负载获得功率优化方法，其特征在于，所述步骤1包括：
基于所述等效电路，根据基尔霍夫电路定律获得最大总馈入系统功率PTX和负载获得功率PDL分别与各个发射线圈上的电流ITi的两个关系式：






其中，rTXi为第i个发射线圈的寄生电阻，rL为负载电阻值。


4.根据权利要求3所述的一种动态无线充电系统最大负载获得功...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金，徐志国，刘飞，吕飞，徐维傲，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32