CN109693560A - 基于pt对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统，包括发射端和接收端；所述发射端包括串联连接的负电阻和发射模块，所述负电阻为系统提供能量；所述接收端包括串联连接的接收模块和等效负载；所述发射模块包括串联连接的发射线圈、第一调谐电容和第一等效内阻；所述接收模块包括串联连接的接收线圈、第二调谐电容和第二等效内阻；所述等效负载包括串联连接的高频整流模块和电池，所述高频整流模块与接收模块相连接。本发明系统能量由负电阻提供，无需接收端反馈信息便能实现系统输出电流的恒定，且在等效负载固定时能实现恒效率、恒功率输出，整个系统结构简单，具有很强的抗偏移能力和负载适应性。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车的技术领域，尤其是指一种基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统。
背景技术
近年来随着经济的快速发展，汽车保有量持续攀升。在给人们带来便捷的同时，传统燃油汽车因需消耗化石燃料、会产生大量尾气等也给环境和资源带来了巨大的压力，为此世界各国都加大了对新能源电动汽车的研究。大力发展电动汽车，能够加快燃油替代，对保障能源安全、促进节能减排、防治大气污染具有重要意义。而完善的充电基础设施体系又是电动汽车普及的重要保障，因而电动汽车充电技术的发展就变得至关重要。
与传统有线充电比起来，无线充电没有电气连接，具有操作便捷、安全、环境适应性强、占地面积小等优点，必将成为电动汽车充电的发展方向。目前电动汽车无线充电系统主要是基于感应和谐振无线电能传输技术，但是两者存在的瓶颈问题却尚未解决，如感应耦合无线电能传输的距离很短，谐振无线电能传输的距离中等，但谐振频率高，传输功率低等。因此，应用新型的无线电能传输技术对电动汽车无线充电的发展至关重要。当前电动汽车无线充电系统亟待解决的问题主要有：抗偏移能力、负载适应性以及环境敏感性等问题。Bender.C.M教授创立的宇称-时间(PT)对称量子理论为解决这些问题提供了崭新的途径，该理论已被成功应用到光学、材料学等多个领域并展现出了巨大的优势，本发明将PT对称原理应用到电动汽车无线充电系统设计中。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统，系统能量由负电阻提供，无需接收端反馈信息便能实现系统输出电流的恒定，即系统输出电流对发射线圈与接收线圈之间的耦合系数以及等效负载的大小不敏感，并且在等效负载固定时能实现恒效率、恒功率输出，即系统效率、功率对发射线圈与接收线圈之间的耦合系数不敏感，整个系统结构简单，具有很强的抗偏移能力和负载适应性，解决了电动汽车无线充电系统实际应用中由于车型不一致、车辆停靠位置不准确而造成系统性能降低的问题。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统，包括发射端和接收端；所述发射端包括串联连接的负电阻和发射模块，所述负电阻为系统提供能量；所述接收端包括串联连接的接收模块和等效负载；所述发射模块包括串联连接的发射线圈、第一调谐电容和第一等效内阻；所述接收模块包括串联连接的接收线圈、第二调谐电容和第二等效内阻；所述等效负载包括串联连接的高频整流模块和电池，所述高频整流模块与接收模块相连接；所述发射模块的固有谐振频率为所述接收模块的固有谐振频率为需满足PT对称条件：
式中，-RN为负电阻阻值，RL为负载电阻值，R1为第一等效内阻的阻值，R2为第二等效内阻的阻值，L1和L2分别为发射线圈和接收线圈的电感值，C1和C2分别为第一调谐电容和第二调谐电容的电容值，k为发射线圈和接收线圈之间的耦合系数。
进一步，所述负电阻包括高频功率电源、电流检测模块和数字控制器；所述电流检测模块的输入端与高频功率电源的输出端相连，检测高频功率电源输出电流的有效值与相位；所述电流检测模块的输出端与数字控制器的输入端相连，将检测到的电流有效值和相位信号传递给数字控制器；所述数字控制器的输出端与高频功率电源的开关器件驱动信号输入端相连，根据从电流检测模块接收到的电流信号控制高频功率电源的输出。
进一步，所述负电阻的电压、电流关系满足：相位关系满足： 大小保持恒定，其中，为流过负电阻的基波电流有效值，V1为负电阻两端的基波电压有效值，-RN为负电阻的阻值。
本发明的工作原理为：负电阻为整个系统提供能量，当系统参数满足PT对称条件时，对于固定等效负载系统传输效率、输出功率与发射线圈和接收线圈之间的耦合系数无关，即能实现恒定效率和功率的输出。且在等效负载和耦合系数变化的情况下，仅需控制发射端流过负电阻的电流大小恒定，便能实现系统输出电流恒定，而无需接收端反馈信号。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、系统结构简单，无需复杂的控制，无需发射端和接收端通信。
2、系统传输效率、输出功率与耦合系数无关，在等效负载固定时能实现传输效率和输出功率的恒定。
3、系统输出电流与耦合系数、等效负载无关，能实现输出电流的恒定。
4、与现有电动汽车无线充电系统相比，本发明系统的抗偏移能力更强，负载适应更强。
附图说明
图1为基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统的结构示意
图2为图1简化的主电路等效电路图。
图3为实施方式中系统传输效率、输出功率与耦合系数的关系曲线。
图4为实施方式中系统输出电流与耦合系数的关系曲线。
图5为实施方式中系统输出电流与等效负载的关系曲线。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的内容和特点，以下结合附图对本发明的具体实施方案进行具体说明，但本发明的实施和保护不限于此。
如图1和图2所示，本实施例所提供的基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统，实质是利用宇称-时间对称电路来实现，包括发射端和接收端；所述发射端包括串联连接的负电阻-RN和发射模块，所述负电阻-RN为系统提供能量；所述接收端包括串联连接的接收模块和等效负载RL；所述发射模块包括串联连接的发射线圈L1、第一调谐电容C1和第一等效内阻R1；所述接收模块包括串联连接的接收线圈L2、第二调谐电容C2和第二等效内阻R2；所述等效负载RL包括串联连接的高频整流模块4和电池5，所述高频整流模块4与接收模块相连接；所述负电阻-RN包括高频功率电源1、电流检测模块2和数字控制器3；所述电流检测模块2的输入端与高频功率电源1的输出端相连，检测高频功率电源1输出电流的有效值与相位；所述电流检测模块2的输出端与数字控制器3的输入端相连，将检测到的电流有效值和相位信号传递给数字控制器3；所述数字控制器3的输出端与高频功率电源1的开关器件驱动信号输入端相连，根据从电流检测模块2接收到的电流信号控制高频功率电源1的输出。
根据图2，由基尔霍夫定律可得：
式(1)中，分别为发射回路电流向量和接收回路电流向量，L1、L2分别为发射线圈和接收线圈电感值，C1、C2分别为第一调谐电容和第二调谐电容的电容值，-RN为负电阻阻值,R1和R2分别为一次回路内阻值和二次回路内阻值,RL为等效负载电阻值，k为发射线圈和接收线圈之间的耦合系数，ω为系统工作频率。
令为发射回路的固有频率,为接收回路的固有频率，则式(1)化为：
式(2)有非零解的条件是：
对式(3)进行实虚部分离可得：
当发射回路和接收回路构成宇称-时间对称电路时，则有
则式(4)可简化为：
由上式可得频率解为：
由式(7)可进一步得到频率存在纯实部解的条件为：
因此，系统参数还需满足如下条件:
此时，由式(1)和式(4)，可得发射回路电流有效值I1与接收回路电流有效值I2之比为：
系统的传输效率η等于：
输出功率Po等于：
由式(10)可知发射回路电流有效值I1与接收回路电流有效值I2之比与耦合系数和等效负载无关，所以仅需控制发射回路电流有效值I1恒定，便能实现接收回路电流有效值I2恒定。由式(11)和式(12)可知系统传输效率和输出功率与耦合系数无关，所以在等效负载固定时，能保证传输效率和输出功率恒定。
在本实施例中，作为举例，一种基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统参数如下：发射线圈电感L1＝250μH，接收线圈电感L2＝250μH，耦合系数k＝0.15～0.25，固有频率ω1＝ω2＝85kHz，等效内阻R1＝R2＝0.2Ω，发射回路电流I1＝20A，等效负载RL＝5～10Ω。在等效负载RL＝5Ω时系统传输效率、输出功率与耦合系数的关系曲线如图3所示，系统输出电流与耦合系数的关系曲线如图4所示。在耦合系数k＝0.15时，系统输出电流与等效负载的关系曲线如图5所示。
由上述分析可知，本发明的基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统具有很强的抗偏移能力和负载适应性，本发明的优点显而易见，值得推广。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，本发明提供一种基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统，本发明及其实施例不应仅限于此，本文所定义的是一般原理，适用于基于PT对称原理具有恒流特性的无线充电系统，因此凡依本发明之结构、原理所作的变化或组合，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统，其特征在于：包括发射端和接收端；所述发射端包括串联连接的负电阻和发射模块，所述负电阻为系统提供能量；所述接收端包括串联连接的接收模块和等效负载；所述发射模块包括串联连接的发射线圈、第一调谐电容和第一等效内阻；所述接收模块包括串联连接的接收线圈、第二调谐电容和第二等效内阻；所述等效负载包括串联连接的高频整流模块和电池，所述高频整流模块与接收模块相连接；所述发射模块的固有谐振频率为所述接收模块的固有谐振频率为需满足PT对称条件：
式中，-RN为负电阻阻值，RL为负载电阻值，R1为第一等效内阻的阻值，R2为第二等效内阻的阻值，L1和L2分别为发射线圈和接收线圈的电感值，C1和C2分别为第一调谐电容和第二调谐电容的电容值，k为发射线圈和接收线圈之间的耦合系数。
2.根据权利要求1所述的基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述负电阻包括高频功率电源、电流检测模块和数字控制器；所述电流检测模块的输入端与高频功率电源的输出端相连，检测高频功率电源输出电流的有效值与相位；所述电流检测模块的输出端与数字控制器的输入端相连，将检测到的电流有效值和相位信号传递给数字控制器；所述数字控制器的输出端与高频功率电源的开关器件驱动信号输入端相连，根据从电流检测模块接收到的电流信号控制高频功率电源的输出。
3.根据权利要求1所述的基于PT对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述负电阻的电压、电流关系满足：相位关系满足： 大小保持恒定，其中，为流过负电阻的基波电流有效值，V1为负电阻两端的基波电压有效值，-RN为负电阻的阻值。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110165793A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-08-23 | 广州汇力威无线供电技术有限公司 | 基于pt对称原理的多接收线圈并联供电的无线供电系统 |
| CN110289698A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-09-27 | 同济大学 | 基于三个共振线圈的无线电能传输系统及其传输方法 |
| CN110611375A (zh) * | 2019-10-28 | 2019-12-24 | 华南理工大学 | 一种基于pt对称原理的多频多负载无线供电系统 |
| CN110649718A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-03 | 华南理工大学 | 一种具有恒压输出特性的无线电能传输系统 |
| CN112803614A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-05-14 | 安徽工业大学 | 基于接收端等效负电阻pt对称的无线供电系统及控制方法 |
| CN114204697A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-18 | 沈阳工业大学 | 一种基于pt对称原理的无线能量传输系统及控制方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205487042U (zh) * | 2016-02-18 | 2016-08-17 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置 |
| US20170120759A1 (en) * | 2015-11-02 | 2017-05-04 | Hyundai Motor Company | Active rectifier for wireless power transfer system, vehicle assembly using same and operation method thereof |
| CN108988506A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-11 | 西安交通大学 | 一种pt对称的无线电能传输电路及其搭建方法 |
| CN109148130A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-04 | 华南理工大学 | 一种基于宇称-时间对称原理的无铁芯变压器 |
| CN209634300U (zh) * | 2019-01-28 | 2019-11-15 | 华南理工大学 | 基于pt对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统 |
-
2019
- 2019-01-28 CN CN201910078721.7A patent/CN109693560A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170120759A1 (en) * | 2015-11-02 | 2017-05-04 | Hyundai Motor Company | Active rectifier for wireless power transfer system, vehicle assembly using same and operation method thereof |
| CN205487042U (zh) * | 2016-02-18 | 2016-08-17 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种磁耦合无线能量传输仿真实验装置 |
| CN108988506A (zh) * | 2018-08-30 | 2018-12-11 | 西安交通大学 | 一种pt对称的无线电能传输电路及其搭建方法 |
| CN109148130A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-04 | 华南理工大学 | 一种基于宇称-时间对称原理的无铁芯变压器 |
| CN209634300U (zh) * | 2019-01-28 | 2019-11-15 | 华南理工大学 | 基于pt对称原理具有恒流特性的电动汽车无线充电系统 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110165793A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-08-23 | 广州汇力威无线供电技术有限公司 | 基于pt对称原理的多接收线圈并联供电的无线供电系统 |
| CN110289698A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-09-27 | 同济大学 | 基于三个共振线圈的无线电能传输系统及其传输方法 |
| CN110289698B (zh) * | 2019-07-05 | 2023-09-22 | 同济大学 | 基于三个共振线圈的无线电能传输系统及其传输方法 |
| CN110611375A (zh) * | 2019-10-28 | 2019-12-24 | 华南理工大学 | 一种基于pt对称原理的多频多负载无线供电系统 |
| CN110649718A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-03 | 华南理工大学 | 一种具有恒压输出特性的无线电能传输系统 |
| CN112803614A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-05-14 | 安徽工业大学 | 基于接收端等效负电阻pt对称的无线供电系统及控制方法 |
| CN114204697A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-03-18 | 沈阳工业大学 | 一种基于pt对称原理的无线能量传输系统及控制方法 |
| CN114204697B (zh) * | 2021-12-16 | 2023-10-03 | 沈阳工业大学 | 一种基于pt对称原理的无线能量传输系统及控制方法 |
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