本发明专利技术公开了一种用于无线充电系统的双边LCC补偿网络参数调谐方法。其步骤为：获取双边LCC补偿无线充电系统固有参数；将二次侧并联补偿电容拆分为两个子电容的等效并联；根据基本LC谐振网络的谐振条件和特性确定双边LCC补偿网络恒压调谐条件并计算恒压调谐下的充电电压；根据双边LCC补偿网络的电路结构特点确定恒压调谐下输入阻抗零相位角的调谐条件；根据系统固有参数、充电电压、恒压和零相位角的调谐条件计算双侧串并联补偿电容值。本发明专利技术根据双边LCC补偿网络参数设计自由度高的特点，仅通过补偿参数调谐即可实现其负载无关的恒压输出和零相位角运行，无需改变系统固有参数以及使用复杂控制和附加器件，效率高、成本低且易于实现。低且易于实现。低且易于实现。
【技术实现步骤摘要】
一种用于无线充电系统的双边LCC补偿网络参数调谐方法
[0001]本专利技术属于无线电能传输的
，涉及一种双边LCC补偿网络参数调谐方法，特别是涉及一种用于无线充电系统的基于恒压输出的双边LCC补偿网络参数调谐方法，根据双边LCC补偿网络参数设计自由度高的特点，仅通过补偿参数调谐即可实现其负载无关的恒压输出和零相位角运行，而无需改变无线充电系统固有参数以及使用复杂控制和附加器件。
技术介绍
[0002]无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术是一种利用电磁场为传输介质的供电技术。因其具有安全可靠、供电灵活、无机械磨损及环境适应性强等优点，近年来被广泛应用于电动汽车、无人机、消费电子和生物医学植入物等充电领域。
[0003]补偿网络是WPT系统中的重要组成部分，用于补偿松耦合变压器的漏感，减小电路的无功负荷，提高电能传输能力，其在很大程度上决定了系统的输出特性和效率。常见的补偿网络包括四种基本的低阶网络(S/S、S/P、P/S、P/P)以及一些高阶补偿网络(S/SP、PS/S、S/CLC、LCC/S、LCC/P、双边LCL、双边LCC)。其中双边LCC补偿网络采用双侧对称的结构，结合了串并联补偿的所有优点，具有高调谐自由度、低参数敏感度以及电压电流应力小等优点。在中、大功率无线充电场合中得到了广泛的应用。
[0004]在无线充电系统中，由于松耦合变压器的耦合系数较低，参数调谐方法对于补偿网络至关重要。一方面需要通过参数调谐实现恒压或恒流输出以满足电池充电的需求，另一方面需要通过参数调谐实现负载无关的零相位角运行以提高功率传输能力和效率。
[0005]中国专利技术专利CN 103746462 B提出了一种基于双边LCC补偿网络的无线电能传输系统及其方法。在该方法下，谐振频率不受松耦合变压器和负载变化的影响，可实现负载无关的恒流输出以及零相位角运行。然而，该方法无法实现负载无关的恒压输出以及零相位角运行。
[0006]文献[Y.Chen,H.Zhang,C.S.Shin,C.H.Jo,S.J.Park and D.H.Kim,"An Efficiency Optimization
‑
Based Asymmetric Tuning Method of Double
‑
Sided LCC Compensated WPT System for Electric Vehicles,"in IEEE Transactions on Power Electronics,vol.35,no.11,pp.11475
‑
11487,Nov.2020.]提出了一种基于效率优化的双边LCC补偿网络非对称参数调谐方法。该方法基于中国专利技术专利CN103746462B所提出参数调谐方法，在保证输出恒定和零相位角运行的前提下，通过对双边LCC补偿网络中双侧补偿电感系数的优化匹配提高了系统效率。然而，该方法下系统的输出依然是恒流的。
[0007]中国专利技术专利CN 109217496 B提出了一种无线电能传输系统中双边LCC补偿电路的参数分析方法。该方法通过参数调谐可实现双边LCC补偿拓扑负载无关的恒压输出，然而，由于该方法无法同时实现负载无关的零相位角运行，无功损耗和器件应力较大，系统效率较低。
[0008]目前，现有技术中尚无一种可同时实现双边LCC补偿网络恒压输出以及零相位角
运行的参数调谐方法。为了实现这两个目标，通常的方法有两种：一、对系统前级逆变器采用跳频控制或变频移相控制；其缺陷是增加了系统的控制复杂度。二、在系统整流单元后端加入DC/DC变换器，然而该方法增加了系统的体积和成本，降低了效率。
技术实现思路
[0009](一)专利技术目的
[0010]针对现有技术的上述缺陷和不足，本专利技术提供了一种用于无线充电系统的双边LCC补偿网络参数调谐方法，该方案无需改变系统固有参数以及使用复杂控制和附加器件，利用双边LCC补偿网络参数调谐自由度高的特点，仅通过补偿参数调谐即可实现其负载无关的恒压输出以及零相位角运行，具有效率高、成本低且易于实现的技术优点。
[0011](二)技术方案
[0012]本专利技术为实现其专利技术目的，所提出的技术方案如下：
[0013]一种用于无线充电系统的双边LCC补偿网络参数调谐方法，所述无线充电系统包括：输入侧直流电压源、高频全桥逆变器、一次侧串联补偿电感L1、一次侧并联补偿电容C
p1
,一次侧串联补偿电容C
f1
、一次侧发射线圈、二次侧发射线圈、二次侧串联补偿电感L2、二次侧并联补偿电容C
p2
、二次侧串联补偿电容C
f2
、输出侧全桥整流器以及负载R
L
，其特征在于，所述参数调谐方法至少包括如下步骤：
[0014]SS1.在所述无线充电系统中，指定如下系统固有参数：输入侧直流电压U
dc
，一次侧和二次侧发射线圈的自感值L
p
、L
s
和互感值M，谐振角频率ω0，一次侧和二次侧串联补偿电感C
f1
、C
f2
的电感值L1、L2；
[0015]SS2.在电路形式上将二次侧并联补偿电容C
p2
拆分为两个子电容C
p21
和C
p22
的等效并联形式，即满足C
p2
＝C
p21
+C
p22
；
[0016]SS3.根据基本LC谐振网络的谐振条件和特性，确定双边LCC补偿网络恒压输出的调谐条件并计算恒压调谐下的直流充电电压U
b
；
[0017]SS4.根据双边LCC补偿网络的电路结构特点，确定双边LCC补偿网络恒压调谐下输入阻抗零相位角的调谐条件；
[0018]SS5.根据步骤SS1中指定的系统固有参数、步骤SS2中二次侧并联补偿电容C
p2
与两个子电容C
p21
和C
p22
的等效并联关系、步骤SS3中双边LCC补偿网络恒压输出的调谐条件以及恒压调谐下的直流充电电压U
b
，依次计算一次侧并联补偿电容C
p1
、二次侧串联补偿电容C
f2
以及二次侧并联补偿电容C
p2
的电容值；
[0019]SS6.根据双边LCC补偿网络恒压调谐下输入阻抗零相位角的调谐条件，计算一次侧串联补偿电容C
f1
的电容值。
[0020]优选地，步骤SS3中，所述双边LCC补偿网络恒压输出的调谐条件为：
[0021]ω
02
L1C
p1
＝ω
02
L
se
C
p21
＝ω
02
L2C
p22
＝1；...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于无线充电系统的双边LCC补偿网络参数调谐方法，所述无线充电系统包括：输入侧直流电压源、高频全桥逆变器、一次侧串联补偿电感L1、一次侧并联补偿电容C
p1
、一次侧串联补偿电容C
f1
、一次侧发射线圈、二次侧发射线圈、二次侧串联补偿电感L2、二次侧并联补偿电容C
p2
、二次侧串联补偿电容C
f2
、输出侧全桥整流器以及负载R
L
，其特征在于，所述参数调谐方法至少包括如下步骤：SS1.在所述无线充电系统中，指定如下系统固有参数：输入侧直流电压U
dc
，一次侧和二次侧发射线圈的自感值L
p
、L
s
和互感值M，谐振角频率ω0，一次侧和二次侧串联补偿电感C
f1
、C
f2
的电感值L1、L2；SS2.在电路形式上将二次侧并联补偿电容C
p2
拆分为两个子电容C
p21
和C
p22
的等效并联形式，即满足C
p2
＝C
p21
+C
p22
；SS3.根据基本LC谐振网络的谐振条件和特性，确定双边LCC补偿网络恒压输出的调谐条件并计算恒压调谐下的直流充电电压U
b
；SS4.根据双边LCC补偿网络的电路结构特点，确定双边LCC补偿网络恒压调谐下输入阻抗零相位角的调谐条件；SS5.根据步骤SS1中指定的系统固有参数、步骤SS2中二次侧并联补偿电容C
p2
与两个子电容C
p21
和C
p22
的等效并联关系、步骤SS3中双边LCC补偿网络恒压输出的调谐条件以及恒压调谐下的直流充电电压U
b
，依次计算一次侧并联补偿电容C
p1
、二次侧串联补偿电容C
f2
以及二次侧并联补偿电容C
p2
的电容值；SS6.根据双边LCC补偿网络恒压调谐下输入阻抗零相位角的调谐条件，计算一次侧串联补偿电容C
f1
的电容值。2.根据权利要求1所述的用于无线...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚斐，金東熙，卢法龙，武洁，金楠，吴振军，郭磊磊，李琰琰，高鹏飞，窦智峰，李光耀，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：
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