CN112257931A - 双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法及系统 - Google Patents

双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法及系统。所述双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法，包括：获取双向无线充电系统中无线能量传输线圈的互感值、原边线圈的线圈值和副边线圈的线圈值，基于互感值、原边线圈的线圈值中的交流内阻和副边线圈的线圈值中的交流内阻正向输出功率和反向输出功率；并根据正向输出功率和反向输出功率确定最优副边并联补偿电容和最优原边并联补偿电容，基于最优原边并联补偿电容和最优副边并联补偿电容计算原边线圈的最优补偿网络参数和副边线圈的最优补偿网络参数。本发明实现了对双向无线充电系统正反向输出功率和传输效率的同时优化。

Description

双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法及系统
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，特别是涉及双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法及系统。
背景技术
由于使用方便、无导线连接等优点，无线充电系统受到了越来越广泛的关注，并被引入到嵌入式医疗、电动汽车、智能家居等领域。在电动汽车无线充电中，使用双向无线充电技术可以实现能量的双向流动，是V2G(Vehicle to Grid)的一种重要实现方式，对实现能量合理、高效调配和提高电网调度的灵活性具有重要意义。
对无线充电系统补偿网络参数的优化设计，有利于实现系统额定功率以及提高系统传输效率。当前的补偿网络设计方法主要针对于单向无线充电系统，只能实现能量在单一方向流动时系统输出功率和效率的优化，无法直接用于双向无线充电系统补偿网络的设计。因此，如何提供一种双向无线充电系统补偿网络优化设计方法，实现正反向输出功率和传输效率的同时优化成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法及系统，以实现对双向无线充电系统正反向输出功率和传输效率的同时优化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法，包括：
获取双向无线充电系统中无线能量传输线圈的互感值、原边线圈的线圈值和副边线圈的线圈值；所述线圈值包括自感值和交流内阻；
基于所述互感值、所述原边线圈的线圈值中的交流内阻和所述副边线圈的线圈值中的交流内阻计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容；
基于所述原边线圈的线圈值、所述副边线圈的线圈值、所述互感值、所述副边并联补偿电容和所述原边并联补偿电容计算所述双向无线充电系统的正向输出功率和反向输出功率；
判断所述正向输出功率和所述反向输出功率是否均达到额定功率；
若是，则将所述正向输出功率对应所述副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容，将所述反向输出功率对应所述原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容；
若否，则调整所述原边并联补偿电容和所述副边并联补偿电容，直到所述正向输出功率和所述反向输出功率均达到额定功率，再计算调整后的原边并联补偿电容与所述原边并联补偿电容的第一差值，计算调整后的副边并联补偿电容与所述副边并联补偿电容的第二差值；
将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容，将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容；
基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容计算原边线圈的最优补偿网络参数和副边线圈的最优补偿网络参数；所述补偿网络参数包括串联补偿电感和串联补偿电容。
可选的，所述基于所述互感值、所述原边线圈的线圈值中的交流内阻和所述副边线圈的线圈值中的交流内阻计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容具体为：
基于所述互感值、原边线圈的线圈值中的交流内阻和副边线圈的线圈值中的交流内阻计算无线能量传输线圈的正向传输时的最优阻抗和反向传输时的最优阻抗；
基于所述正向传输时的最优阻抗和所述反向传输时的最优阻抗计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容。
可选的，所述基于所述互感值、原边线圈的线圈值中的交流内阻和副边线圈的线圈值中的交流内阻计算无线能量传输线圈的正向传输时的最优阻抗和反向传输时的最优阻抗，具体为：
根据公式
Figure BDA0002740677420000031
计算正向传输时的最优阻抗；
根据公式
Figure BDA0002740677420000032
计算反向传输时的最优阻抗；
其中，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，Rp为原边线圈的线圈值中的交流内阻，Rs为副边线圈的线圈值中的交流内阻，M为互感值，ω为双向无线充电系统的工作频率。
可选的，所述基于所述正向传输时的最优阻抗和所述反向传输时的最优阻抗计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容，具体为：
根据公式
Figure BDA0002740677420000033
计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容；根据公式
Figure BDA0002740677420000034
计算最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容；
其中，Cs2_opt为最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容，Cp2_opt为最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容，Req1为正向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Req2为反向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，ω为双向无线充电系统的工作频率。
可选的，所述基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容计算原边线圈的最优补偿网络参数和副边线圈的最优补偿网络参数，具体为：
基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容，利用公式L2＝1/(ω2Cs2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，利用公式Cs1＝1/(ω2Ls-ω2L2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容，利用公式L1＝1/(ω2Cp2)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，利用公式Cp1＝1/(ω2Lp-ω2L1)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容；
其中，L1为原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，L2为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，Lp为原边线圈的线圈值中的自感值，Ls为副边线圈的线圈值中的自感值，ω为双向无线充电系统的工作频率，Cs2为最优副边并联补偿电容，Cs1为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容，Cp2为最优原边并联补偿电容，Cp1原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容。
一种双向无线充电系统补偿网络参数的优化系统，包括：
获取模块，用于获取双向无线充电系统中无线能量传输线圈的互感值、原边线圈的线圈值和副边线圈的线圈值；所述线圈值包括自感值和交流内阻；
并联补偿电容计算模块，用于基于所述互感值、所述原边线圈的线圈值中的交流内阻和所述副边线圈的线圈值中的交流内阻计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容；
输出功率计算模块，用于基于所述原边线圈的线圈值、所述副边线圈的线圈值、所述互感值、所述副边并联补偿电容和所述原边并联补偿电容计算所述双向无线充电系统的正向输出功率和反向输出功率；
第一判断模块，用于判断所述正向输出功率和所述反向输出功率是否均达到额定功率；
第一结果模块，用于若是，则将所述正向输出功率对应所述副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容，将所述反向输出功率对应所述原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容；
第二结果模块，用于若否，则调整所述原边并联补偿电容和所述副边并联补偿电容，直到所述正向输出功率和所述反向输出功率均达到额定功率，再计算调整后的原边并联补偿电容与所述原边并联补偿电容的第一差值，计算调整后的副边并联补偿电容与所述副边并联补偿电容的第二差值；
最优并联电容确定模块，用于将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容，将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容；
最优补偿网络参数确定模块，用于基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容计算原边线圈的最优补偿网络参数和副边线圈的最优补偿网络参数；所述补偿网络参数包括串联补偿电感和串联补偿电容。
可选的，所述并联补偿电容计算模块具体包括：
最优阻抗确定单元，用于基于所述互感值、原边线圈的线圈值中的交流内阻和副边线圈的线圈值中的交流内阻计算无线能量传输线圈的正向传输时的最优阻抗和反向传输时的最优阻抗；
并联补偿电容确定单元，用于基于所述正向传输时的最优阻抗和所述反向传输时的最优阻抗计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容。
可选的，所述最优阻抗确定单元具体包括：
正向传输最优阻抗确定子单元，用于根据公式
Figure BDA0002740677420000051
计算正向传输时的最优阻抗；
反向传输最优阻抗确定子单元，用于根据公式
Figure BDA0002740677420000052
计算反向传输时的最优阻抗；
其中，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，Rp为原边线圈的线圈值中的交流内阻，Rs为副边线圈的线圈值中的交流内阻，M为互感值，ω为双向无线充电系统的工作频率。
可选的，所述并联补偿电容确定单元具体包括：
副边并联补偿电容确定子单元，用于根据公式
Figure BDA0002740677420000053
计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容；
原边并联补偿电容确定子单元，用于根据公式
Figure BDA0002740677420000054
计算最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容；
其中，Cs2_opt为最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容，Cp2_opt为最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容，Req1为正向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Req2为反向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，ω为双向无线充电系统的工作频率。
可选的，所述最优补偿网络参数确定模块具体包括：
串联补偿电感确定单元，用于利用公式L2＝1/(ω2Cs2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感；利用公式L1＝1/(ω2Cp2)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感；
串联补偿电容确定单元，用于利用公式Cs1＝1/(ω2Ls-ω2L2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容；利用公式Cp1＝1/(ω2Lp-ω2L1)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容；
其中，L1为原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，L2为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，Lp为原边线圈的线圈值中的自感值，Ls为副边线圈的线圈值中的自感值，ω为双向无线充电系统的工作频率，Cs2为最优副边并联补偿电容，Cs1为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容，Cp2为最优原边并联补偿电容，Cp1原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过调整原边补偿电路和副边补偿电路使输出功率达到额定功率时得到最优的原边线圈补偿网络参数和副边线圈补偿网络参数，实现对双向无线充电系统正反向输出功率和传输效率的同时优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的双向无线充电系统的结构框图；
图3为本发明实施例提供的双向无线充电系统的电路原理图；
图4为本发明实施例提供的能量正向传输和反向传输时双向无线充电系统的简化等效电路图；
图5为本发明实施例提供的双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法具体实现过程图；
图6为本发明实施例提供的双向无线充电系统补偿网络参数的优化系统的结构示意图。
符号说明：301-原边直流电源、302-原边双向功率变换器、303-原边LCC补偿电路、304-无线能量传输线圈、305-副边LCC补偿电路、306-副边双向功率变换器、307-负载电池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例提供的双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法，包括：
步骤201：获取双向无线充电系统中无线能量传输线圈的互感值、原边线圈的线圈值和副边线圈的线圈值。所述线圈值包括自感值和交流内阻。
步骤202：基于所述互感值、所述原边线圈的线圈值中的交流内阻和所述副边线圈的线圈值中的交流内阻计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容。
步骤203：基于所述原边线圈的线圈值、所述副边线圈的线圈值、所述互感值、所述副边并联补偿电容和所述原边并联补偿电容计算所述双向无线充电系统的正向输出功率和反向输出功率。
步骤204：判断所述正向输出功率和所述反向输出功率是否均达到额定功率。
步骤205：若是，则将所述正向输出功率对应所述副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容，将所述反向输出功率对应所述原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容。
步骤206：若否，则调整所述原边并联补偿电容和所述副边并联补偿电容，直到所述正向输出功率和所述反向输出功率均达到额定功率，再计算调整后的原边并联补偿电容与所述原边并联补偿电容的第一差值，计算调整后的副边并联补偿电容与所述副边并联补偿电容的第二差值。
步骤207：将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容，将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容。
步骤208：基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容计算原边线圈的最优补偿网络参数和副边线圈的最优补偿网络参数；所述补偿网络参数包括串联补偿电感和串联补偿电容。
步骤201具体为：
基于所述互感值、原边线圈的线圈值中的交流内阻和副边线圈的线圈值中的交流内阻计算无线能量传输线圈的正向传输时的最优阻抗和反向传输时的最优阻抗；基于所述正向传输时的最优阻抗和所述反向传输时的最优阻抗计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容。
其中，所述基于所述互感值、原边线圈的线圈值中的交流内阻和副边线圈的线圈值中的交流内阻计算无线能量传输线圈的正向传输时的最优阻抗和反向传输时的最优阻抗，具体为：
根据公式
Figure BDA0002740677420000081
计算正向传输时的最优阻抗；根据公式
Figure BDA0002740677420000082
计算反向传输时的最优阻抗；其中，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，Rp为原边线圈的线圈值中的交流内阻，Rs为副边线圈的线圈值中的交流内阻，M为互感值，ω为双向无线充电系统的工作频率。
其中，所述基于所述正向传输时的最优阻抗和所述反向传输时的最优阻抗计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容，具体为：根据公式
Figure BDA0002740677420000083
计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容；根据公式
Figure BDA0002740677420000084
计算最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容；其中，Cs2_opt为最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容，Cp2_opt为最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容，Req1为正向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Req2为反向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，ω为双向无线充电系统的工作频率。
步骤208具体为：
基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容，利用公式L2＝1/(ω2Cs2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，利用公式Cs1＝1/(ω2Ls-ω2L2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容，利用公式L1＝1/(ω2Cp2)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，利用公式Cp1＝1/(ω2Lp-ω2L1)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容；其中，L1为原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，L2为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，Lp为原边线圈的线圈值中的自感值，Ls为副边线圈的线圈值中的自感值，ω为双向无线充电系统的工作频率，Cs2为最优副边并联补偿电容，Cs1为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容，Cp2为最优原边并联补偿电容，Cp1原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容。
本实施例在实际应用中的具体实现方案如下。
如图2所示，所述双向无线充电系统包括：依次连接的原边双向功率变换器302、原边LCC补偿电路303、无线能量传输线圈304、副边LCC补偿电路305和副边双向功率变换器306，所述原边双向功率变换器的输入端与原边直流电源301连接，所述副边双向功率变换器的输出端与负载电池307连接。
如图3所示，Ud是原边直流电源301；原边双向功率变换器302由MOS器件G1-G4和电容C1-C4组成；原边LCC补偿电路303由串联补偿电感L1，串联补偿电容Cp1和并联补偿电容Cp2组成；原边线圈和副边线圈组成无线能量传输线圈304；M为原边线圈LP和副边线圈LS之间的互感；副边LCC补偿电路305由串联补偿电感L2，串联补偿电容Cs1和并联补偿电容Cs2组成；副边双向功率变换器306由MOS器件G5-G8和电容C5-C8组成；Ubat为负载电池307；Cin与Co为滤波电容。
当能量正向传输时，原边双向功率变换器302工作于逆变模式，副边双向功率变换器306工作于整流模式，此时副边双向功率变换器306的输入阻抗视为双向无线充电系统的等效负载；而当能量正向传输时，原边双向功率变换器302工作于整流模式，副边双向功率变换器306工作于逆变模式，此时原边双向功率变换器302的输入阻抗则视为双向无线充电系统的等效负载。双向无线充电系统在能量正向传输和反向传输时的等效电路如图4所示，其中，Up为能量正向传输时原边双向功率变换器302的输出电压，Req1为副边双向功率变换器306的输入阻抗；Us为能量反向传输时副边双向功率变换器306的输出电压，Req2为原边双向功率变换器302的输入阻抗。
本实施例中，对原边LCC补偿电路303和副边LCC补偿电路305进行优化设计，具体步骤如图5所示。
步骤101，采用LCR表对无线能量传输线圈304的原副边自感值、交流内阻和互感进行直接测量。
步骤102，根据无线能量传输线圈的交流内阻和互感，分别计算能量正向和反向传输时无线能量传输线圈的最优阻抗。
根据无线能量传输线圈的交流内阻和互感，利用公式
Figure BDA0002740677420000101
计算能量正向传输时无线能量传输线圈的最优阻抗。
根据无线能量传输线圈的交流内阻和互感，利用公式
Figure BDA0002740677420000102
计算能量反向传输时无线能量传输线圈的最优阻抗。
其中，Ropt1和Ropt2分别为能量正向传输时无线能量传输线圈的最优阻抗和反向传输时无线能量传输线圈的最优阻抗，Rp和Rs分别为无线能量传输线圈原边交流内阻和副边交流内阻，M为无线能量传输线圈的互感，ω为系统工作频率。
步骤103，根据无线能量传输线圈的最优阻抗分别计算满足系统正反向最大传输效率条件的原副边并联补偿电容。
根据能量正向传输时无线能量传输线圈的最优阻抗，利用公式
Figure BDA0002740677420000103
计算满足系统正向最大传输效率条件的副边并联补偿电容值；根据能量反向传输时无线能量传输线圈的最优阻抗，利用公式
Figure BDA0002740677420000104
计算满足系统反向最大传输效率条件的原边并联补偿电容值。
其中，Cs2_opt和Cp2_opt分别为满足系统正向最大传输效率条件副边并联补偿电容值和反向最大传输效率条件原边并联补偿电容值，Req1和Req2分别为能量正向传输时系统等效负载和反向传输时系统等效负载。
步骤104，根据原副边并联补偿电容值和无线能量传输线圈的原副边自感值，计算原副边串联补偿电感和串联补偿电容。
根据求解的副边并联补偿电容和无线能量传输线圈的副边自感值，利用公式L2＝1/(ω2Cs2)和Cs1＝1/(ω2Ls-ω2L2),计算副边串联补偿电感和串联补偿电容。
根据求解的原边并联补偿电容和无线能量传输线圈的原边自感值，利用公式L1＝1/(ω2Cp2)和Cp1＝1/(ω2Lp-ω2L1),计算原边串联补偿电感和串联补偿电容。
其中，L1和L2分别为原边串联补偿电感和副边串联补偿电感，Lp和Ls分别为无线能量传输线圈的原边自感值和无线能量传输线圈的副边自感值。
步骤105，根据无线能量传输线圈的原副边自感值、交流内阻、互感和获得的原副边补偿网络参数，分析计算系统正反向输出功率。具体包括：根据无线能量传输线圈的原副边自感值、交流内阻、互感和获得的原副边补偿网络参数，利用下述公式分别计算系统正向输出功率和反向输出功率。
Figure BDA0002740677420000111
Figure BDA0002740677420000112
其中，Pf和Pb分别为系统正向输出功率和系统反向输出功率，Up为能量正向传输时原边双向功率变换器的输出电压，Us为能量反向传输时副边双向功率变换器的输出电压。
步骤106，根据系统正反向输出功率对原副边补偿网络参数进行优化。
步骤106具体包括，如果满足系统正反向最大传输效率条件的原副边并联补偿电容使得系统正反向输出功率都满足额定功率，则此时的原副边并联补偿电容、串联补偿电感和串联补偿电容为最优值，无需进行优化；如果系统正反向输出功率未达到额定功率，则需在满足系统正反向最大传输效率条件的原副边并联补偿电容值附近对原副边并联补偿电容进行多次优化调整，并在每一次优化调整后返回步骤四和步骤五，计算原副边串联补偿电感和串联补偿电容，以及系统正反向输出功率。
步骤107，根据系统正反向输出功率，以及优化后的原副边并联补偿电容与满足系统正反向最大传输效率条件的原副边并联补偿电容的差值大小确定补偿网络参数的最优解。
步骤107具体包括，如果优化后的补偿网络参数使得系统正反向输出功率达到额定功率，则计算优化后的原边并联补偿电容与满足系统反向最大传输效率条件的原边并联补偿电容的差值，以及优化后的副边并联补偿电容与满足系统正向最大传输效率条件的副边并联补偿电容的差值。
使得上述两个差值绝对值都最小的原副边并联补偿电容为最优值，根据原副边并联补偿电容的最优值计算得到的原副边串联补偿电感，以及原副边串联补偿电容也为最优值。
本发明还提供了一种双向无线充电系统补偿网络参数的优化系统。参见图6，本实施例中的双向无线充电系统补偿网络参数的优化系统，包括：
获取模块A1，用于获取双向无线充电系统中无线能量传输线圈的互感值、原边线圈的线圈值和副边线圈的线圈值；所述线圈值包括自感值和交流内阻。
并联补偿电容计算模块A2，用于基于所述互感值、所述原边线圈的线圈值中的交流内阻和所述副边线圈的线圈值中的交流内阻计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容。
输出功率计算模块A3，用于基于所述原边线圈的线圈值、所述副边线圈的线圈值、所述互感值、所述副边并联补偿电容和所述原边并联补偿电容计算所述双向无线充电系统的正向输出功率和反向输出功率。
第一判断模块A4，用于判断所述正向输出功率和所述反向输出功率是否均达到额定功率。
第一结果模块A5，用于若是，则将所述正向输出功率对应所述副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容，将所述反向输出功率对应所述原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容。
第二结果模块A6，用于若否，则调整所述原边并联补偿电容和所述副边并联补偿电容，直到所述正向输出功率和所述反向输出功率均达到额定功率，再计算调整后的原边并联补偿电容与所述原边并联补偿电容的第一差值，计算调整后的副边并联补偿电容与所述副边并联补偿电容的第二差值。
最优并联电容确定模块A7，用于将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容，将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容。
最优补偿网络参数确定模块A8，用于基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容计算原边线圈的最优补偿网络参数和副边线圈的最优补偿网络参数；所述补偿网络参数包括串联补偿电感和串联补偿电容。
作为一种可选的实施方式，所述并联补偿电容计算模块具体包括：
最优阻抗确定单元，用于基于所述互感值、原边线圈的线圈值中的交流内阻和副边线圈的线圈值中的交流内阻计算无线能量传输线圈的正向传输时的最优阻抗和反向传输时的最优阻抗。
并联补偿电容确定单元，用于基于所述正向传输时的最优阻抗和所述反向传输时的最优阻抗计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容。
作为一种可选的实施方式，所述最优阻抗确定单元具体包括：
正向传输最优阻抗确定子单元，用于根据公式
Figure BDA0002740677420000131
计算正向传输时的最优阻抗。
反向传输最优阻抗确定子单元，用于根据公式
Figure BDA0002740677420000132
计算反向传输时的最优阻抗。
其中，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，Rp为原边线圈的线圈值中的交流内阻，Rs为副边线圈的线圈值中的交流内阻，M为互感值，ω为双向无线充电系统的工作频率。
作为一种可选的实施方式，所述并联补偿电容确定单元具体包括：
副边并联补偿电容确定子单元，用于根据公式
Figure BDA0002740677420000133
计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容。
原边并联补偿电容确定子单元，用于根据公式
Figure BDA0002740677420000134
计算最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容。
其中，Cs2_opt为最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容，Cp2_opt为最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容，Req1为正向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Req2为反向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，ω为双向无线充电系统的工作频率。
作为一种可选的实施方式，所述最优补偿网络参数确定模块具体包括：
串联补偿电感确定单元，用于利用公式L2＝1/(ω2Cs2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感；利用公式L1＝1/(ω2Cp2)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感。
串联补偿电容确定单元，用于利用公式Cs1＝1/(ω2Ls-ω2L2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容；利用公式Cp1＝1/(ω2Lp-ω2L1)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容。
其中，L1为原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，L2为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，Lp为原边线圈的线圈值中的自感值，Ls为副边线圈的线圈值中的自感值，ω为双向无线充电系统的工作频率，Cs2为最优副边并联补偿电容，Cs1为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容，Cp2为最优原边并联补偿电容，Cp1原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容。
本发明具有以下有益效果：
1、实现系统正向传输和反向传输的额定输出功率。
2、实现系统正向传输效率和反向传输效率的同步优化。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法，其特征在于，包括：
获取双向无线充电系统中无线能量传输线圈的互感值、原边线圈的线圈值和副边线圈的线圈值；所述线圈值包括自感值和交流内阻；
基于所述互感值、所述原边线圈的线圈值中的交流内阻和所述副边线圈的线圈值中的交流内阻计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容；
基于所述原边线圈的线圈值、所述副边线圈的线圈值、所述互感值、所述副边并联补偿电容和所述原边并联补偿电容计算所述双向无线充电系统的正向输出功率和反向输出功率；
判断所述正向输出功率和所述反向输出功率是否均达到额定功率；
若是，则将所述正向输出功率对应所述副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容，将所述反向输出功率对应所述原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容；
若否，则调整所述原边并联补偿电容和所述副边并联补偿电容，直到所述正向输出功率和所述反向输出功率均达到额定功率，再计算调整后的原边并联补偿电容与所述原边并联补偿电容的第一差值，计算调整后的副边并联补偿电容与所述副边并联补偿电容的第二差值；
将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容，将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容；
基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容计算原边线圈的最优补偿网络参数和副边线圈的最优补偿网络参数；所述补偿网络参数包括串联补偿电感和串联补偿电容。
2.如权利要求1所述的双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法，其特征在于，所述基于所述互感值、所述原边线圈的线圈值中的交流内阻和所述副边线圈的线圈值中的交流内阻计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容具体为：
基于所述互感值、原边线圈的线圈值中的交流内阻和副边线圈的线圈值中的交流内阻计算无线能量传输线圈的正向传输时的最优阻抗和反向传输时的最优阻抗；
基于所述正向传输时的最优阻抗和所述反向传输时的最优阻抗计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容。
3.如权利要求2所述的双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法，其特征在于，所述基于所述互感值、原边线圈的线圈值中的交流内阻和副边线圈的线圈值中的交流内阻计算无线能量传输线圈的正向传输时的最优阻抗和反向传输时的最优阻抗，具体为：
根据公式
Figure FDA0002740677410000021
计算正向传输时的最优阻抗；
根据公式
Figure FDA0002740677410000022
计算反向传输时的最优阻抗；
其中，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，Rp为原边线圈的线圈值中的交流内阻，Rs为副边线圈的线圈值中的交流内阻，M为互感值，ω为双向无线充电系统的工作频率。
4.如权利要求2所述的双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法，其特征在于，所述基于所述正向传输时的最优阻抗和所述反向传输时的最优阻抗计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容，具体为：
根据公式
Figure FDA0002740677410000023
计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容；根据公式
Figure FDA0002740677410000024
计算最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容；
其中，Cs2_opt为最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容，Cp2_opt为最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容，Req1为正向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Req2为反向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，ω为双向无线充电系统的工作频率。
5.如权利要求1所述的双向无线充电系统补偿网络参数的优化方法，其特征在于，所述基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容计算原边线圈的最优补偿网络参数和副边线圈的最优补偿网络参数，具体为：
基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容，利用公式L2＝1/(ω2Cs2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，利用公式Cs1＝1/(ω2Ls-ω2L2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容，利用公式L1＝1/(ω2Cp2)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，利用公式Cp1＝1/(ω2Lp-ω2L1)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容；
其中，L1为原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，L2为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，Lp为原边线圈的线圈值中的自感值，Ls为副边线圈的线圈值中的自感值，ω为双向无线充电系统的工作频率，Cs2为最优副边并联补偿电容，Cs1为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容，Cp2为最优原边并联补偿电容，Cp1原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容。
6.一种双向无线充电系统补偿网络参数的优化系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取双向无线充电系统中无线能量传输线圈的互感值、原边线圈的线圈值和副边线圈的线圈值；所述线圈值包括自感值和交流内阻；
并联补偿电容计算模块，用于基于所述互感值、所述原边线圈的线圈值中的交流内阻和所述副边线圈的线圈值中的交流内阻计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容；
输出功率计算模块，用于基于所述原边线圈的线圈值、所述副边线圈的线圈值、所述互感值、所述副边并联补偿电容和所述原边并联补偿电容计算所述双向无线充电系统的正向输出功率和反向输出功率；
第一判断模块，用于判断所述正向输出功率和所述反向输出功率是否均达到额定功率；
第一结果模块，用于若是，则将所述正向输出功率对应所述副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容，将所述反向输出功率对应所述原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容；
第二结果模块，用于若否，则调整所述原边并联补偿电容和所述副边并联补偿电容，直到所述正向输出功率和所述反向输出功率均达到额定功率，再计算调整后的原边并联补偿电容与所述原边并联补偿电容的第一差值，计算调整后的副边并联补偿电容与所述副边并联补偿电容的第二差值；
最优并联电容确定模块，用于将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的原边并联补偿电容确定为最优原边并联补偿电容，将所述第一差值的绝对值最小且所述第二差值的绝对值最小时的副边并联补偿电容确定为最优副边并联补偿电容；
最优补偿网络参数确定模块，用于基于所述最优原边并联补偿电容和所述最优副边并联补偿电容计算原边线圈的最优补偿网络参数和副边线圈的最优补偿网络参数；所述补偿网络参数包括串联补偿电感和串联补偿电容。
7.如权利要求6所述的双向无线充电系统补偿网络参数的优化系统，其特征在于，所述并联补偿电容计算模块具体包括：
最优阻抗确定单元，用于基于所述互感值、原边线圈的线圈值中的交流内阻和副边线圈的线圈值中的交流内阻计算无线能量传输线圈的正向传输时的最优阻抗和反向传输时的最优阻抗；
并联补偿电容确定单元，用于基于所述正向传输时的最优阻抗和所述反向传输时的最优阻抗计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容和最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容。
8.如权利要求7所述的双向无线充电系统补偿网络参数的优化系统，其特征在于，所述最优阻抗确定单元具体包括：
正向传输最优阻抗确定子单元，用于根据公式
Figure FDA0002740677410000041
计算正向传输时的最优阻抗；
反向传输最优阻抗确定子单元，用于根据公式
Figure FDA0002740677410000042
计算反向传输时的最优阻抗；
其中，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，Rp为原边线圈的线圈值中的交流内阻，Rs为副边线圈的线圈值中的交流内阻，M为互感值，ω为双向无线充电系统的工作频率。
9.如权利要求7所述的双向无线充电系统补偿网络参数的优化系统，其特征在于，所述并联补偿电容确定单元具体包括：
副边并联补偿电容确定子单元，用于根据公式
Figure FDA0002740677410000043
计算最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容；
原边并联补偿电容确定子单元，用于根据公式
Figure FDA0002740677410000051
计算最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容；
其中，Cs2_opt为最大正向传输效率对应的副边并联补偿电容，Cp2_opt为最大反向传输效率对应的原边并联补偿电容，Req1为正向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Req2为反向传输时双向无线充电系统的等效负载电阻，Ropt1为正向传输时的最优阻抗，Ropt2为反向传输时的最优阻抗，ω为双向无线充电系统的工作频率。
10.如权利要求6所述的双向无线充电系统补偿网络参数的优化系统，其特征在于，所述最优补偿网络参数确定模块具体包括：
串联补偿电感确定单元，用于利用公式L2＝1/(ω2Cs2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感；利用公式L1＝1/(ω2Cp2)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感；
串联补偿电容确定单元，用于利用公式Cs1＝1/(ω2Ls-ω2L2)计算副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容；利用公式Cp1＝1/(ω2Lp-ω2L1)计算原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容；
其中，L1为原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，L2为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电感，Lp为原边线圈的线圈值中的自感值，Ls为副边线圈的线圈值中的自感值，ω为双向无线充电系统的工作频率，Cs2为最优副边并联补偿电容，Cs1为副边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容，Cp2为最优原边并联补偿电容，Cp1原边线圈的最优补偿网络参数中的串联补偿电容。
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