CN108599388A - 基于s-lcc拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法 - Google Patents
基于s-lcc拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108599388A CN108599388A CN201810516637.4A CN201810516637A CN108599388A CN 108599388 A CN108599388 A CN 108599388A CN 201810516637 A CN201810516637 A CN 201810516637A CN 108599388 A CN108599388 A CN 108599388A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transmission system
- energy transmission
- radio energy
- value
- parameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Filters And Equalizers (AREA)
Abstract
本发明提出了基于S‑LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法,属于无线电能传输技术领域。所述无线电能传输系统主电路结构包括开关网络机构、无线电能传输系统发射线圈、无线电能传输系统接收线圈等部件。所述电路结构和参数设计方法能够有效提高无线电能传输系统的效率。
Description
技术领域
本发明涉及基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法,属于无线电能传输技术领域。
背景技术
无线电能传输作为一种较为理想的电能传输方式,相比于传统的有线电能传输,具有更高的安全性、便捷性,在近年来得到了快速发展。按照传输功率的等级,小到手机、家电和各种移动式机器人,大到电动汽车等均有应用,拥有着广阔的发展前景。无线电能传输系统的传输效率作为一项重要的指标,一直以来都是人们关注的重点。通常来讲,对于无线电能传输系统而言,当系统处在相同的耦合系数变化情况下,系统的效率越高则传输性能越好。
针对无线电能传输系统的拓扑结构而言,串-串结构以其结构简单、技术成熟等诸多优点得到了广泛的应用,同时也是目前在工程领域应用最多的一种拓扑结构。对于串-串结构而言,虽然其结构可靠,适应性强,但当系统电路参数固定时,其效率只由耦合系数来决定,采用串-串结构的无线电能传输系统效率不易进一步提高。
发明内容
本发明为了解决现有无线电能传输系统串—串拓扑结构无法进一步提高无线电能传输系统效率的问题,提出了基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法,具体的:
一种基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构,所采取的技术方案如下:所述无线电能传输系统主电路结构包括开关网络机构1、无线电能传输系统发射线圈2、无线电能传输系统接收线圈3;所述开关网络机构1的两个电能输出端与所述无线电能传输系统发射线圈2的电能输入端相连;所述无线电能传输系统发射线圈2的耦合端与所述无线电能传输系统接收线圈3耦合感应;所述无线电能传输系统接收线圈3的电能信号输出端设有二次侧LCC补偿网络机构;所述开关网络机构1的两个电能输出端上分别设有电容CP和电阻Ro。
一种权利要求1所述无线电能传输系统主电路结构的S-LCC拓扑结构的参数设计方法,所采取的技术方案如下:
所述参数设计方法包括如下步骤:
第一步:通过逆变器开关角频率模型,确定所述逆变器的开关角频率,其中,所述逆变器开关角频率模型为:
其中,ω为逆变器工作的开关角频率;Ls为无线电能传输系统接收线圈的自感;Cs表示为与接收线圈组成串联谐振的补偿电容;Lp为无线电能传输系统发射线圈的自感;CP表示为与发射线圈组成串联谐振的补偿电容;
第二步:通过所述S-LCC拓扑结构的二次侧LCC补偿网络中各补偿原件之间的关系,获得参数λ,所述参数λ的参数模型为:
其中,L1为补偿电感值,C1为补偿电容值,参数λ的范围为1<λ<λmax,λmax为所述参数λ的上限值;
第三步:通过所述参数λ的参数模型获得参数λ与二次侧LCC拓扑结构中的补偿电感L1和电容C1之间的关系,其中关系模型为:
第四步:根据所述无线电能传输系统耦合系数k的工作区间确定参数λ的最佳参数值λbest,所述最佳参数值λbest为所述无线电能传输系统效率最佳时的参数值;
第五步:根据最佳参数值λbest和第三步所述的关系模型,获得补偿电感最佳参数值和补偿电容最佳参数值;
第六步:根据第五步所述补偿电感最佳参数值和补偿电容最佳参数值即可获得S-LCC拓扑结构中如附图1所示的各元器件包括补偿电感L1和补偿电容C1的最佳参数值。
进一步地,第二步所述二次侧LCC补偿网络中各补偿原件之间的关系为:(1-ω2L1C1)L1=Ro 2C1。
进一步地,第四步所述最佳参数值λbest的确定方法如下:
步骤一:根据所述无线电能传输系统的耦合系数k获得参数λ的上限值,所述参数λ的上限值为:
其中,λmax为所述参数λ的上限值;Rs为接收线圈的线阻,Rp为发射线圈的线阻,Ro为所述无线电能传输系统输出的负载,kmin为所述无线电能传输系统的耦合系数k的下限值;
步骤二:当参数λ的范围满足1<λ<λmax时,利用最佳参数值λbest的取值模型,获得最佳参数值λbest,其中,所述最佳参数值λbest的取值模型为:
本发明有益效果:
本专利针对提升无线电能传输系统效率这一技术背景,基于S-LCC拓扑结构提出了基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法,以系统实际耦合系数的变化情况作为设计依据,根据实际需求设置参数的大小,具有较高的适用性,且具备较大的设计自由度,同时不影响系统的谐振特性。在相同的情况下,相比串-串结构,可以有效地提升系统的效率,且易于改进,具有良好的通用性,适用于各种功率等级的无线电能传输系统。通过采用本发明所述S-LCC拓扑结构及其参数设计方法,S-LCC拓扑结构的效率达到94%-96.5%,相较同等耦合系数情况下的串-串结构,提高了1-2个百分点,证明了基于本专利参数设计方法的S-LCC拓扑结构相比串-串结构在一定耦合系数范围内,对系统效率的有效提升。
附图说明
图1是本发明所述基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构的示意图。
图2是二次侧补偿网络阻抗分析示意图。
图3是串-串结构和S-LCC拓扑结构效率随耦合系数的变化曲线。
图4是基于S-LCC拓扑结构的用于提高系统效率的参数设计流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明,但本发明不受实施例的限制。
实施例1:
一种基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构,如图1所示,所述无线电能传输系统主电路结构包括开关网络机构1、无线电能传输系统发射线圈2、无线电能传输系统接收线圈3;所述开关网络机构1的两个电能输出端与所述无线电能传输系统发射线圈2的电能输入端相连;所述无线电能传输系统发射线圈2的耦合端与所述无线电能传输系统接收线圈3耦合感应;所述无线电能传输系统接收线圈3的电能信号输出端设有二次侧LCC补偿网络机构;所述开关网络机构1的两个电能输出端上分别设有电容CP和电阻Ro。其中,Udc为系统一次侧逆变电路的直流母线电压,Lp为发射线圈的自感,Ls为接收线圈的自感,Rp为发射线圈的线阻,Rs为接收线圈的线阻,M为一次侧与二次侧的互感,k为耦合系数。Ro为系统输出的负载,Uo为负载输出的电压。其中一次侧补偿网络中LP与CP构成串联结构,二次侧在Ls与Cs构成串联结构的基础上增加补偿器件L1和C1构成LCC结构。
本实施例所述基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构相比于串-串结构的无线电能传输系统,能够有效地提升系统的效率,且其拓扑结构易于改进,具有良好的通用性,适用于各种功率等级的无线电能传输系统。通过采用本发明所述S-LCC拓扑结构可以使无线电能传输系统达到94%-96.5%,相较同等耦合系数情况下的串-串结构,提高了1-2个百分点,可以看出基于本专利参数设计方法的S-LCC拓扑结构相比串-串结构在一定耦合系数范围内,对无线电能传输系统效率有很大程度的有效提升。
实施例2
一种权利要求1所述无线电能传输系统主电路结构的S-LCC拓扑结构的参数设计方法,如图2-4所示,所采取的技术方案如下:
所述参数设计方法包括如下步骤:
第一步:通过逆变器开关角频率模型,确定所述逆变器的开关角频率,其中,所述逆变器开关角频率模型为:
其中,ω为逆变器工作的开关角频率;Ls为无线电能传输系统接收线圈的自感;Cs表示为与接收线圈组成串联谐振的补偿电容;Lp为无线电能传输系统发射线圈的自感;CP表示为与发射线圈组成串联谐振的补偿电容;
二次侧补偿网络的阻抗变换如附图2所示,Uoc为二次侧线圈感应的开路电压,ZC2=1/jωC2,ZL2=jωL2,ω为逆变器工作的开关角频率,负载Ro经过二次侧的阻抗变换网络之后记为Z′,表示为:
令式(2)虚部为零,则二次侧阻抗将呈现为纯阻性,得到电感L2和电容C2满足的关系为:
(1-ω2L2C2)L2=Ro 2C2
上述关系即为第二步所述二次侧LCC补偿网络中各补偿原件之间的关系;
第二步:通过所述S-LCC拓扑结构的二次侧LCC补偿网络中各补偿原件之间的关系,获得参数λ,所述参数λ的参数模型为:
其中,L1为补偿电感值,C1为补偿电容值,参数λ的范围为1<λ<λmax,λmax为所述参数λ的上限值;
第三步:通过所述参数λ的参数模型获得参数λ与二次侧LCC拓扑结构中的补偿电感L1和电容C1之间的关系,其中关系模型为:
第四步:根据所述无线电能传输系统耦合系数k的工作区间确定参数λ的最佳参数值λbest,所述最佳参数值λbest为所述无线电能传输系统效率最佳时的参数值;
第五步:根据最佳参数值λbest和第三步所述的关系模型,获得补偿电感最佳参数值和补偿电容最佳参数值;
第六步:根据第五步所述补偿电感最佳参数值和补偿电容最佳参数值即可获得S-LCC拓扑结构中如附图1所示的各元器件包括补偿电感L1和补偿电容C1的最佳参数值。
其中,第四步所述最佳参数值λbest的确定方法如下:
步骤一:根据所述无线电能传输系统的耦合系数k获得参数λ的上限值,所述参数λ的上限值为:
其中,λmax为所述参数λ的上限值;Rs为接收线圈的线阻,Rp为发射线圈的线阻,Ro为所述无线电能传输系统输出的负载,kmin为所述无线电能传输系统的耦合系数k的下限值;
步骤二:当参数λ的范围满足1<λ<λmax时,利用最佳参数值λbest的取值模型,获得最佳参数值λbest,其中,所述最佳参数值λbest的取值模型为:
根据上述过程可以获得S-LCC拓扑结构的系统效率表达式为:
而传统串-串结构的系统效率表达式为:
根据S-LCC拓扑结构的系统效率表达式和传统串-串结构的系统效率表达式可以绘制两种结构的效率随耦合系数变化曲线如附图3所示。根据图3可以看出,系统耦合系数k的工作区间为大于k0的区域内,S-LCC拓扑结构的系统效率明显大幅度提高,即当对应系统耦合系数的工作范围为0.2-0.4时,利用以上的参数确定方法,可以求出此时参数λ的最佳取值为1.2,这时通过采用本专利所提出的参数设计方法,S-LCC拓扑结构的效率达到94%-96.5%,相较同等耦合系数情况下的串-串结构,提高了1-2个百分点,证明了基于本专利参数设计方法的S-LCC拓扑结构相比串-串结构在一定耦合系数范围内,对系统效率的有效提升。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做各种改动和修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (4)
1.一种基于S-LCC拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构,其特征在于,所述无线电能传输系统主电路结构包括开关网络机构(1)、无线电能传输系统发射线圈(2)、无线电能传输系统接收线圈(3);所述开关网络机构(1)的两个电能输出端与所述无线电能传输系统发射线圈(2)的电能输入端相连;所述无线电能传输系统发射线圈(2)的耦合端与所述无线电能传输系统接收线圈(3)耦合感应;所述无线电能传输系统接收线圈(3)的电能信号输出端设有二次侧LCC补偿网络机构;所述开关网络机构(1)的两个电能输出端上分别设有电容CP和电阻Ro。
2.一种权利要求1所述无线电能传输系统主电路结构的S-LCC拓扑结构的参数设计方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
第一步:通过逆变器开关角频率模型,确定所述逆变器的开关角频率,其中,所述逆变器开关角频率模型为:
其中,ω为逆变器工作的开关角频率;Ls为无线电能传输系统接收线圈的自感;Cs表示为与接收线圈组成串联谐振的补偿电容;Lp为无线电能传输系统发射线圈的自感;CP表示为与发射线圈组成串联谐振的补偿电容;
第二步:通过所述S-LCC拓扑结构的二次侧LCC补偿网络中各补偿原件之间的关系,获得参数λ,所述参数λ的参数模型为:
其中,L1为补偿电感值,C1为补偿电容值,参数λ的范围为1<λ<λmax,λmax为所述参数λ的上限值;
第三步:通过所述参数λ的参数模型获得参数λ与二次侧LCC拓扑结构中的补偿电感L1和电容C1之间的关系,其中关系模型为:
第四步:根据所述无线电能传输系统耦合系数k的工作区间确定参数λ的最佳参数值λbest,所述最佳参数值λbest为所述无线电能传输系统效率最佳时的参数值;
第五步:根据最佳参数值λbest和第三步所述的关系模型,获得补偿电感最佳参数值和补偿电容最佳参数值;
第六步:根据第五步所述补偿电感最佳参数值和补偿电容最佳参数值即可获得S-LCC拓扑结构中各元器件的最佳参数值。
3.根据权利要求2所述参数设计方法,其特征在于,第二步所述二次侧LCC补偿网络中各补偿原件之间的关系为:(1-ω2L1C1)L1=Ro 2C1。
4.根据权利要求2所述参数设计方法,其特征在于,第四步所述最佳参数值λbest的确定方法如下:
步骤一:根据所述无线电能传输系统的耦合系数k获得参数λ的上限值,所述参数λ的上限值为:
其中,λmax为所述参数λ的上限值;Rs为接收线圈的线阻,Rp为发射线圈的线阻,Ro为所述无线电能传输系统输出的负载,kmin为所述无线电能传输系统的耦合系数k的下限值;
步骤二:当参数λ的范围满足1<λ<λmax时,利用最佳参数值λbest的取值模型,获得最佳参数值λbest,其中,所述最佳参数值λbest的取值模型为:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810516637.4A CN108599388B (zh) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | 基于s-lcc拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810516637.4A CN108599388B (zh) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | 基于s-lcc拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108599388A true CN108599388A (zh) | 2018-09-28 |
CN108599388B CN108599388B (zh) | 2020-02-21 |
Family
ID=63629690
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810516637.4A Active CN108599388B (zh) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | 基于s-lcc拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108599388B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110995321A (zh) * | 2018-10-10 | 2020-04-10 | 哈尔滨工业大学 | 基于线圈安匝图解法的电动汽车无线充电系统磁传输部件互操作性测试方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105186646A (zh) * | 2015-10-12 | 2015-12-23 | 华中科技大学 | 一种用于动态无线充电的装置及其参数获取方法 |
CN107612161A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-01-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种适用于宽耦合系数变化范围的双向无线电能稳定传输系统电路拓扑及控制策略 |
CN108039778A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-15 | 重庆大学 | 基于lcl-lcc补偿网络的恒压恒流wpt系统及其参数设计方法 |
-
2018
- 2018-05-25 CN CN201810516637.4A patent/CN108599388B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105186646A (zh) * | 2015-10-12 | 2015-12-23 | 华中科技大学 | 一种用于动态无线充电的装置及其参数获取方法 |
CN107612161A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-01-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种适用于宽耦合系数变化范围的双向无线电能稳定传输系统电路拓扑及控制策略 |
CN108039778A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-15 | 重庆大学 | 基于lcl-lcc补偿网络的恒压恒流wpt系统及其参数设计方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110995321A (zh) * | 2018-10-10 | 2020-04-10 | 哈尔滨工业大学 | 基于线圈安匝图解法的电动汽车无线充电系统磁传输部件互操作性测试方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108599388B (zh) | 2020-02-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109617190B (zh) | 基于恒流-恒压复合拓扑的可抗偏移电池无线充电系统 | |
WO2020114077A1 (zh) | 无线充电系统的接收端、方法、用电终端、发射端及系统 | |
CN106740220A (zh) | 一种恒流恒压复合拓扑的无线充电电路 | |
CN108471173A (zh) | 兼具恒压及恒流输出的无线能量传输系统 | |
CN112165183B (zh) | 一种无线充电系统恒流恒压输出的参数控制方法及系统 | |
WO2022116413A1 (zh) | 一种可切换无线电能传输线圈与补偿电容的可变电路拓扑 | |
CN109895640A (zh) | 一种电动汽车无线充电两级控制系统及控制方法 | |
CN105720582B (zh) | 一种特定谐波消除无线电能传输系统及其设计方法 | |
CN107069999A (zh) | 双边lc网络的无线电能传输系统恒流输出的参数设置方法 | |
CN102751875B (zh) | 具有恒流恒压恒频特性的感应电能传输系统的设计方法 | |
CN108964289A (zh) | 具有双t型谐振网络的ecpt系统及其参数设计方法 | |
CN206406776U (zh) | 一种恒流恒压复合拓扑的无线充电电路 | |
CN109474082A (zh) | 一种基于变补偿网络结构的双向无线电能传输系统及方法 | |
CN108162775B (zh) | 用于恒功率充电的电动汽车无线能量传输装置 | |
CN110138097B (zh) | 一种采用特殊拓扑结构实现恒流恒压磁感应式充电系统 | |
CN113314315B (zh) | 一种具有高抗偏移特性的混合ipt耦合器 | |
CN110112836A (zh) | 一种磁耦合谐振式无线输电系统及控制方法 | |
CN108599388A (zh) | 基于s-lcc拓扑结构的无线电能传输系统主电路结构及该拓扑结构参数设计方法 | |
CN112467891B (zh) | 一种基于全桥半桥切换的ipt系统效率优化方法 | |
CN109217496B (zh) | 无线电能传输系统中双边lcc补偿电路的参数分析方法 | |
Gao et al. | Analysis and design of double-sided LCLC compensation parameters with coupling-insensitive ZVS operation for capacitive power transfer | |
CN109067184B (zh) | 一种恒流恒压无缝切换的感应电能传输系统 | |
CN115912677A (zh) | 一种具有恒流恒压输出特性的双谐振拓扑及其参数设计方法 | |
CN109639147A (zh) | 高频隔离谐振型直流变压器的多时间尺度频率调节方法 | |
CN108711950B (zh) | 提高远距离无线输电电压增益的电路拓扑及其设计方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |