一种针对锂电池充电的无线供电系统设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种针对锂电池充电的无线供电系统设计方法，由于锂电池在充电过程中，其等效电阻为变化值，故锂电池的普遍充电方式为先恒流后恒压的模式。该方法利用一种四线圈串联补偿系统，可以对锂电池进行先恒流后恒压的充电。无线供电系统包含直流电源、全桥逆变器、发射线圈、中继线圈一、中继线圈二、接收线圈、整流滤波电路和负载。本发明专利技术通过在两个不同频率点实现恒流和恒压充电，切换充电模式时，无需更改电路拓扑结构与电路原件参数，操作方便，成本低廉。此外，为了节省接收端空间，本发明专利技术利用的四线圈系统中将两个中继线圈设置在发射线圈的同轴同平面，接收端只放置一个接收线圈。接收线圈。接收线圈。

【技术实现步骤摘要】
一种针对锂电池充电的无线供电系统设计方法


[0001]本专利技术属于针对锂电池的无线电能传输
，具体涉及一种针对锂电池充电的无线供电系统设计方法。

技术介绍

[0002]锂电池作为新型的储能物体，相对于普通电池有着体积小、效率高、寿命长等特点，已经成为电子产品、电动汽车等生活必需品的主要储能物体。基于导线的充电具有电火花、线路凌乱、线路老化等缺点，存在很大的安全隐患。无线电能传输作为一种新型的供电方式，可以很好地解决这些问题。锂电池作为特殊的负载，在充电过程中等效电阻会持续升高，为了延长锂电池的使用寿命，通常的充电方式为先恒流后恒压的模式，充电初期采用恒流的方式，当电压升高到预设值时切换为恒压充电，之后电流减小到一定值时充电完成。
[0003]目前针对锂电池的恒流恒压充电方案主要有三种，第一种是通过复杂的控制技术来切换工作状态，这种方法增加了控制的复杂性，且复杂的控制元件占用了大量空间，不仅增加成本，庞大的空间占用也不符合电动汽车充电的要求；第二种是通过两种不同的拓扑结构，也就是进行恒流恒压的切换，即利用开关元件进行切换，既增加了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对锂电池充电的无线供电系统设计方法，其特征在于：所述无线供电系统包含直流电源、全桥逆变器、发射线圈、中继线圈一、中继线圈二、接收线圈、整流滤波电路和负载，其中发射线圈、中继线圈一、中继线圈二和接收线圈分别对应串联谐振电容一、谐振电容二、谐振电容三和谐振电容四，中继线圈一、中继线圈二及发射线圈同轴同平面设置，接收线圈与发射线圈同轴平行设置；所述无线供电系统的具体设计步骤如下：步骤一：在充电开始时采用恒流充电模式，推导出调谐电容的表达式针对四线圈结构列出对应的KVL方程，为了方便计算，忽略每个线圈的内阻其中式中，Z
i
为第i个线圈的阻抗，其中i＝1,2,3,4且分别对应发射线圈、中继线圈一、中继线圈二和接收线圈，以下同上，忽略线圈自身内阻；Z
mn
为第m个线圈与第n个线圈之间的互阻抗，m,n＝1,2,3,4，U
in
逆变器向耦合网络传输的电压，I1为流过发射线圈的电流，I4为流过接收线圈的电流，I2,I3分别为流过中继线圈一的电流和流过中继线圈二的电流，L
i
为第i个线圈的自感，i＝1,2,3,4，C
i
为对应的补偿电容的容值，i＝1,2,3,4，M
mn
为第m个线圈与第n个线圈之间的互感，R
L
为负载，ω为系统的工作角频率；对式(1)求解得出I1与I
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其中式中，P与Q分别为中间变量一与中间变量二；系统跨导增益g表示为
系统输入阻抗Z
in
表示为由式(6)得出，中间变量P＝0时，跨导增益g化简为由式(8)得出，此时跨导增益g与负载大小无关，为恒定值；在P＝0条件下，根据式(7)可得，当时，系统输入阻抗为此时系统输入阻抗虚部为0；因此系统实现ZPA条件下恒流输出的条件为由式(2)、(5)、(8)得出系统此时的电流增益与负载R
L
无关，且与电容C1、C3、C4有关，由式(2)、(5)、(10)得出此时输入阻抗为实数，满足零相角条件；为了方便计算令中继线圈一谐振，即令Z2＝0，与式(8)、式(10)联立得到方程对式(11)求解得出联立式(2)与式(12)得出
其中式中，S1,S2分别为中间变量三和中间变量四；此时将激励频率设置为f
C
，下标C表示恒流模式下的参数；其中f
C
＝2πω
C
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)即将ω
C
＝ω带入得其中式中，S
1C
,S
2C
分别为中间变量五和中间变量六；由此可得，当系统在f
C
频率下工作，且电容满足式(16)时，能够实现满足零相角条件的恒流充电；步骤二：在充电初期为了避免过流...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萌，殷仁亮，于新元，杨林，施艳艳，宋光成，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：