CN112865328B - 一种无线电能传输系统及其效率优化方法 - Google Patents

一种无线电能传输系统及其效率优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无线电能传输系统及其效率优化方法，无线电能传输系统系统包括电源、两个控制器、负载单元、子系统一和子系统二；子系统一包括原边变换器、两个复合型耦合线圈结构和副边变换器，子系统二包括原边变换器、两个复合型耦合线圈结构和副边变换器，电源的正极分别与两个原边变换器的正极连接，电源的负极分别与两个原边变换器的负极连接，负载单元的正极分别与两个副边变换器的正极连接，负载单元的负极分别与两个副边变换器的负极连接，两个控制器之间通过无线通讯，其中一个控制器分别与两个原边变换器连接，另一个控制器分别与两个副边变换器连接。

Description

一种无线电能传输系统及其效率优化方法
技术领域
本发明涉及无线电能传输领域，具体涉及一种无线电能传输系统及其效率优化方法。
背景技术
无线电能传输系统利用电磁感应原理实现电能的非接触传输，因此相比于传统的插入式电能传输方式，具有无暴露导线、无接触火花、无磨损、低维护成本、易于实现自动供电等的优点。当无线电能传输系统的原边发射装置沿道路铺设时，装有副边接收装置的车辆可以在运行过程中接收到电能，实现边走边充，这样可以减少车载储能装置的容量，从而使车辆轻量化，并且延长车辆续航里程，因此在电动汽车、轨道交通领域具有一定的应用前景。
图1为无线电能传输系统的典型原理图，原边高频逆变器直流电转化为高频交流电，高频交流电流过原边发射线圈后产生磁场，副边接收线圈感应到同频率的高频交流电，经过整流后变成直流电，供给负载。无线电能传输系统耦合线圈的耦合系数相比传统变压器的较小(一般不超过0.5)，因此需要在变换器与线圈之间增加补偿电路，以减小无功功率、降低电源容量、提高传输效率。实现期望功率下的高效传输一直是无线电能传输领域研究和热点，通过设计阶段对系统、尤其是电磁耦合机构合理设计，以及运行阶段效率实时优化策略可以实现上述目标。
电磁耦合结构使无线电能传输系统中的关键部分，对耦合机构的合理设计是实现安全、高效的电能传输的关键。应用于现代有轨电车、地铁以及高铁等轨道交通领域时，无线电能传输系统的功率等级往往较高，达到几百kW甚至MW级，合理设计与优化耦合线圈就显得很重要。并且实际应用中，由于安装空间有限，对线圈的大小提出了较高的要求，即要求耦合机构具有较大的功率面积密度和功率体积密度。对耦合机构进行优化设计和参数配置时，首先要选择一种合理的耦合线圈形状。常见的形状有圆形、矩形(方形)，文献[1]提出了一种如图2-3所示的DD形线圈和如图4所示的DDQ线圈，其中DD型线圈相比圆形和矩形具有更大的耦合系数，DDQ线圈则是在DD型线圈的基础上增加了一个单独的矩形线圈(称之为Q)，该线圈与DD型线圈中心对称布置，因此相互解耦，即线圈DD与线圈Q之间无互感。
文献[1]中提出，使用DD型线圈作为原边，DDQ型线圈作为副边。电路拓扑结构如图5所示，副边的DD线圈(L2DD)和Q(L2Q)线圈分别于原边线圈耦合，连接至各自的补偿电容以及整流电路后并联在一起。
根据磁场分布规律，当原边与副边线圈之间对准时，仅L2DD与原边线圈L1存在耦合，实现电能的传递。当副边耦合机构沿着x方向发生偏移时，偏移距离约占耦合机构长度(沿x方向的边长)的34％时，L2DD与原边线圈L1不再耦合，即MDD＝0，此时由于副边Q线圈的存在，该Q线圈与原边线圈之间存在耦合，即MQ≠0，仅靠Q线圈也可实现能量传递。在其它位置，副边接收到的能量处于上述两个极端之间，从而增强了无线电能传输系统的抗偏移特性，可实现正常充电的区域面积是使用圆形耦合线圈结构的无线电能传输系统的6倍。
文献[2]提出了如图6-7所示的BP型线圈，其中BP线圈由两个等大矩形线圈组成，两个矩形线圈部分重叠放置，以使两个线圈解耦。使用BPP结构线圈作为副边时，副边电路结构与图5展示类似，BPP结构线圈也具有良好的抗偏移性能。
DD线圈本质上是单线圈结构，DDQ和BP线圈则是利用多个分区布置的单线圈提高抗偏移性。以上几种构型的功率密度相比单线圈结构并没有明显提高。
文献[3]设计了一种四线圈结构，如图8所示，所述发射线圈与接收线圈都为新型方形线圈结构，所述新型方形线圈结构由四个绕向相同，但电流方向不同的小型方形线圈构成，并且构成发射线圈与接收线圈的小型方形线圈绕向不同，因而具有较好的抗偏移的传能性能。该线圈结构本质上仍是单线圈结构。
效率优化方面，当无线电能传输系统应用于电池、超级电容等充电时，其输出功率会在较大范围内变化。无线电能传输系统具有一个使传输效率最大的最优负载电阻，此最优负载电阻的大小与线圈参数有关。因此，若无额外的控制策略，无线电能传输系统难以在满足功率需求的同时实现效率优化。目前的效率优化策略可以分为两类：1)通过对变换器的控制使等效负载电阻维持为最优电阻。具体实现方法是通过对原边变换器和副边变换器的双边控制，实现维持功率需求的同时保持等效负载电阻为最优电阻。原边控制可以分为两类：①在逆变器前增加DCDC变换器，控制DCDC的占空比，从而控制原边逆变器的输入电压。②调整原边逆变器的移相角或者工作频率。副边控制也可分为两类：①使用有源整流，控制整流器的移相角或者占空比。②在整流与负载之间增加DCDC变换器。
另一类方式是改变电磁耦合结构，实现无线电能传输系统最优负载电阻的调整。文献[4]提出了一种多抽头无线电能传输系统，该结构发射线圈内部包含多段分线圈，每段分线圈分别电连接有配合的控制开关和谐振补偿电容。设计时，将输出功率划分为多个功率段，计算每个功率段对应的最优发射线圈发射匝数，在最优匝数处对发射线圈进行分段，并在分段处引出抽头并于控制开关。运行时根据发射端电压电流判断当前设备输出功率，从而控制相应开关的断开与闭合，实现宽功率范围内的效率优化。这种结构的问题是原边发射线圈结构复杂，存在较多抽头和开关，降低了系统可靠性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无线电能传输系统及其效率优化方法。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种无线电能传输系统，包括：电源、两个控制器、负载单元、子系统一和子系统二；
子系统一包括：原边变换器、两个复合型耦合线圈结构和副边变换器，其中一个复合型耦合线圈结构作为原边发射机构，另一个复合型耦合线圈结构作为副边接收机构；
子系统二包括：原边变换器、两个复合型耦合线圈结构和副边变换器，其中一个复合型耦合线圈结构作为原边发射机构，另一个复合型耦合线圈结构作为副边接收机构；
所述电源的正极分别与两个原边变换器的正极连接，所述电源的负极分别与两个原边变换器的负极连接，所述负载单元的正极分别与两个副边变换器的正极连接，所述负载单元的负极分别与两个副边变换器的负极连接，
两个控制器之间通过无线通讯，其中一个控制器分别与两个原边变换器连接，另一个控制器分别与两个副边变换器连接。
在上述方案的基础上，所述复合型耦合线圈结构包括：矩形线圈1和DD型线圈2；
所述矩形线圈1和DD型线圈2敷设于同一平面，且DD型线圈2被矩形线圈1包围；
当所述复合型耦合线圈结构作为原边发射机构时，矩形线圈1和DD型线圈2的下方根据实际情况敷设若干磁芯3；
当所述复合型耦合线圈结构作为副边接收机构时，为屏蔽漏磁，防止漏磁影响车载电子设备的正常工作，在矩形线圈1和DD型线圈2的上方增加若干磁芯3和铝板，所述铝板、若干磁芯3和矩形线圈1从上至下依次设置，若干磁芯3从左至右依次设置；
所述DD型线圈2外边缘尺寸与矩形线圈1内边缘尺寸相同；
所述矩形线圈1和DD型线圈2能够单独设计。
在上述方案的基础上，所述复合型耦合线圈结构包括：矩形线圈1、绝缘板8、DD型线圈2和若干磁芯3；
所述矩形线圈1与DD型线圈2外边缘尺寸相同且同轴布置，当所述复合型耦合线圈结构作为原边发射机构时，所述矩形线圈1、绝缘板8、DD型线圈2和若干磁芯3从上至下依次设置，当所述复合型耦合线圈结构作为副边接收机构时，在若干磁芯3上方增加铝板，所述铝板用于屏蔽漏磁，防止漏磁影响车辆中电子设备的正常工作，所述铝板、若干磁芯3、DD型线圈2、绝缘板8和矩形线圈1从上至下依次设置，所述若干磁芯3从左至右依次设置，所述绝缘板8用于实现矩形线圈1与DD型线圈2的电气绝缘，防止线圈被击穿，并为矩形线圈1提供一个平整的敷设平面；
当所述复合型耦合线圈结构作为原边发射机构时，根据安装位置下方环境情况决定是否增加铝板，若安装位置下方含有电子设备，则增加铝板，若安装位置下方不含有电子设备，则可以不增加铝板；
所述矩形线圈1与DD型线圈2之间的相对位置能够调整，当其中一方处于绝缘板8与磁芯3之间，则另一方敷设于绝缘板8另一面；
所述矩形线圈1和DD型线圈2能够单独设计。
在上述方案的基础上，所述子系统一中：原边变换器与作为原边发射机构的复合型耦合线圈结构中的矩形线圈1连接，作为原边发射机构的复合型耦合线圈结构中的矩形线圈1与作为副边接收机构的复合型耦合线圈结构中的矩形线圈1对应，作为副边接收机构的复合型耦合线圈结构中的矩形线圈1与副边变换器连接；
所述子系统二中：原边变换器与作为原边发射机构的复合型耦合线圈结构中的DD型线圈2连接，作为原边发射机构的复合型耦合线圈结构中的DD型线圈2与作为副边接收机构的复合型耦合线圈结构中的DD型线圈2对应，作为副边接收机构的复合型耦合线圈结构中的DD型线圈2与副边变换器连接。
一种应用上述无线电能传输系统的效率优化方法，包括以下步骤：
S1、假设额定输出功率为PO-rated，无线电能传输系统按照输出功率为PO-rated/2分别设计复合型耦合线圈结构中的矩形线圈1和DD型线圈2，使矩形线圈1和DD型线圈2的最优工作点为PO-rated/2，
S2、通过理论计算或者实际实验测量分别得到子系统一在(0，PO-rated/2)功率区间的输入功率与输出功率的对应关系f1，子系统二在(0，PO-rated/2)功率区间的输入功率与输出功率的对应关系f2，定义子系统一的输入功率Pin1＝f1(PO)，子系统二的输入功率Pin2＝f2(PO)，PO∈(0，PO-rated/2)；当子系统一和子系统二同时供电时，无线电能传输系统的总输出功率为2PO，则总输入功率为Pin＝Pin1+Pin2＝f1(PO)+f2(PO)；
当无线电能传输系统的输出功率为PO-rated/2时，若子系统一单独工作，输入功率为f1(PO-rated/2)；若子系统二单独工作，输入功率为f2(PO-rated/2)；若子系统一和子系统二同时参与供电，则输入功率为f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)；
由于矩形线圈1与DD型线圈2的最优工作点为PO-rated/2，当无线电能传输系统的输出功率小于PO-rated/2时，传输效率会下降，因此理论上，f1(PO-rated/2)，f2(PO-rated/2)，f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)三者中，f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)最大，输出功率为PO-rated/2，使用子系统一和子系统二同时供电的模式传输效率最低；
S3、比较f1(PO-rated/2)与f2(PO-rated/2)，其中取值大的数定义为Pmax，取值小的数定义为Pmin，Pmax对应的子系统的输出功率为PO-rated/2时，该子系统传输效率较另一个子系统低，Pmin对应的子系统传输效率高，当无线电能传输系统采用单个子系统供电状态时使用传输效率高的子系统进行供电；
S4、则工作过程为：
无线电能传输系统运行时，首先令两个子系统同时参与供电，检测原边电源侧的输入功率，根据输入功率判断无线电能传输系统的工作状态，工作状态分为两种情况：
1)若原边电源侧的输入功率大于f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)时，则说明无线电能传输系统的输出功率大，判定子系统一和子系统二单独工作时无法满足需求功率，令子系统一和子系统二同时参与供电，且等比例分配输出功率；
2)若原边电源侧的输入功率小于等于f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)，则说明无线电能传输系统的输出功率小，判定子系统一和子系统二单独工作时足以满足需求功率，令无线电能传输系统处于单个子系统供电模态，且令传输效率高的子系统工作；
若无线电能传输系统工作在单个子系统供电模态，当原边电源侧的输入功率小于Pmin，则令无线电能传输系统保持为单个子系统工作状态；若原边电源侧的输入功率大于等于Pmin，则说明单个子系统工作时无法满足需求功率，令子系统一和子系统二同时参与供电，且等比例分配输出功率。
附图说明
本发明有如下附图：
图1无线电能传输系统原理图。
图2DD型耦合机构的分解图。
图3DD型耦合机构的成型图。
图4DDQ型耦合机构的示意图。
图5使用DD-DDQ耦合结构的电路拓扑图。
图6BPP结构线圈俯视图。
图7BPP结构线圈侧视图。
图8四线圈结构示意图。
图9复合型耦合线圈结构示意图一。
图10复合型耦合线圈结构示意图二。
图11无线电能传输系统的电路结构图。
图中：1-矩形线圈；2-DD型线圈；3-磁芯；4-线圈安装槽；5-铝壳；6-耦合机构外壳；7-铝板；8-绝缘板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提出一种具有高功率密度的复合型耦合线圈结构，其结构如图9所示：
空间布置上，矩形线圈1与DD型线圈2敷设于同一平面，且DD型线圈2被矩形线圈1包围。作为原边发射机构时，矩形线圈1的下方可敷设若干磁芯3，也可不敷设；作为副边接收机构时，为屏蔽漏磁，防止漏磁影响车载电子设备的正常工作，在矩形线圈1上方增加若干磁芯3和铝板，即从上至下依次是铝板、若干磁芯3、矩形线圈1，若干磁芯3从左至右依次设置。
本发明提出一种具有高功率密度的复合型耦合线圈结构，其结构如图10所示：
其中，矩形线圈1与DD型线圈2外边缘尺寸相同，作为原边发射机构时，从上至下依次是矩形线圈1、绝缘板8、DD型线圈2和若干磁芯3。绝缘板8的作用是实现矩形线圈1与DD型线圈2的电气绝缘，防止线圈被击穿，并且为上面的矩形线圈1提供一个平整的敷设平面。作为副边接收机构时，结构上与原边线圈类似，只需要沿垂直方向翻转，且在若干磁芯3上方增加铝板，以屏蔽漏磁，防止漏磁影响车辆中电子设备的正常工作，即从上至下依次是铝板、若干磁芯3、DD型线圈2、绝缘板8和矩形线圈1。所述若干磁芯3从左至右依次设置。由于原边发射机构一般安装在地面或嵌入地表面，可根据安装位置下方环境情况决定是否增加铝板，若含电子设备，则需要增加铝板，反之可不安装。并且，矩形线圈1与DD型线圈2的相对位置可以调整，即一方处于绝缘板8与磁芯3之间，另一方敷设于绝缘板8另一面。
结合提出的复合型耦合线圈结构，本发明提出一种基于无线电能传输系统的效率优化方法。所述无线电能传输系统的电路拓扑如图11所示。
对于单线圈结构而言，耦合线圈参数确定后，系统运行阶段影响最优负载电阻的因素主要有工作频率和互感。大功率系统中一般采用定频控制，以避免因不完全谐振导致系统存在较大的无功功率。由于耦合线圈间没有物理连接，气隙的变化会导致互感的变化，进而导致最优负载电阻的变化。双边控制则可以保持系统工作在最优负载状态。但当互感变化较大，或者输出功率变化较大时，仅通过双边控制难以实现理想的控制效果。以原边使用移相角控制，副边使用DCDC变换器的双边控制结构为例，当互感和输出功率偏离额定工作点幅度较大时，控制的结果会是原边逆变器的移相角变得较大，导致逆变器输出的方波脉宽较窄，开关损耗增大；副边DCDC的电压变换比变得比较大或者比较小，进而导致DCDC效率降低。即当互感和输出功率偏离额定工作点幅度较大时，仅靠双边控制仍难以达到较好的效果。
针对双边控制存在的问题，本发明提出一种效率优化方法，控制框图如图11所示。具体步骤为：
S1、假设额定输出功率为PO-rated，无线电能传输系统按照输出功率为PO-rated/2分别设计复合型耦合线圈结构中的矩形线圈1和DD型线圈2，使矩形线圈1和DD型线圈2的最优工作点为PO-rated/2，
S2、通过理论计算或者实际实验测量分别得到子系统一在(0，PO-rated/2)功率区间的输入功率与输出功率的对应关系f1，子系统二在(0，PO-rated/2)功率区间的输入功率与输出功率的对应关系f2，定义子系统一的输入功率Pin1＝f1(PO)，子系统二的输入功率Pin2＝f2(PO)，PO∈(0，PO-rated/2)；当子系统一和子系统二同时供电时，无线电能传输系统的总输出功率为2PO，则总输入功率为Pin＝Pin1+Pin2＝f1(PO)+f2(PO)；
当无线电能传输系统的输出功率为PO-rated/2时，若子系统一单独工作，输入功率为f1(PO-rated/2)；若子系统二单独工作，输入功率为f2(PO-rated/2)；
若子系统一和子系统二同时参与供电，则输入功率为f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)，由于矩形线圈1与DD型线圈2的最优工作点为PO-rated/2，当无线电能传输系统的输出功率小于PO-rated/2时，传输效率会下降，因此理论上，f1(PO-rated/2)，f2(PO-rated/2)，f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)三者中，f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)最大，输出功率为PO-rated/2，使用子系统一和子系统二同时供电的模式传输效率最低；
S3、比较f1(PO-rated/2)与f2(PO-rated/2)，其中取值大的数定义为Pmax，取值小的数定义为Pmin，Pmax对应的子系统的输出功率为PO-rated/2时，该子系统传输效率较另一个子系统低，Pmin对应的子系统传输效率高，当无线电能传输系统采用单个子系统供电状态时使用传输效率高的子系统进行供电；
S4、则工作过程为：
无线电能传输系统运行时，首先令两个子系统同时参与供电，检测原边电源侧的输入功率，根据输入功率判断无线电能传输系统的工作状态，工作状态分为两种情况：
1)若原边电源侧的输入功率大于f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)时，则说明无线电能传输系统的输出功率大，判定子系统一和子系统二单独工作时无法满足需求功率，令子系统一和子系统二同时参与供电，且等比例分配输出功率；
2)若原边电源侧的输入功率小于等于f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)，则说明无线电能传输系统的输出功率小，判定子系统一和子系统二单独工作时足以满足需求功率，令无线电能传输系统处于单个子系统供电模态，且令传输效率高的子系统工作；
若无线电能传输系统工作在单个子系统供电模态，当原边电源侧的输入功率小于Pmin，则令无线电能传输系统保持为单个子系统工作状态；若原边电源侧的输入功率大于等于Pmin，则说明单个子系统工作时无法满足需求功率，令子系统一和子系统二同时参与供电，且等比例分配输出功率。
系统设计时，一般通过参数设计令最优工作点尽可能靠近额定工作点。对于单线圈结构的无线电能传输系统来说，当实际工作点偏离额定工作点时越远时，其传输效率越低。对于额定功率为PO-rated的系统，相比传统的单线圈结构系统，使用本发明提出的复合型耦合线圈结构时，即使无额外的控制策略，传输效率也有所提升。理由如下：输出功率为PO-rated时，单线圈结构和本发明的复合型耦合线圈结构均处于最优工作点，效率最高。当输出功率减小了x％时，对于单线圈结构而言，其工作点偏离最优工作点比例为x％，而对于本发明提出的复合型耦合线圈结构而言，子系统的工作点仅偏离最优工作点x/2％，偏移程度较小，因此传输效率更高。结合本发明提出的效率优化方法，当输出功率较小、系统工作在单个子系统模态时(x％>50％)，其偏离程度进一步减少为(2x-1)％。
上述控制策略实行的同时，双边控制策略仍发挥作用，通过原边变换器和副边变换器提供的两个控制自由度，实现互感和输出功率变化时仍维持系统工作在最优负载处。
通过上述控制策略，可以在较宽的输出功率范围和较大的互感变化范围内实现高效传输。
本发明提出的复合型耦合线圈结构中，矩形线圈1与DD型线圈2不存在磁耦合，即两者之间无互感。由于轨道的存在，发射机构与接收机构一般不存在垂直于车辆运行方向的偏移，因此，发射机构的矩形线圈1仅与副边接收机构的矩形线圈1存在磁耦合，而与接收机构的DD型线圈2无磁耦合；类似地，发射机构的DD型线圈2仅与接收机构的DD型线圈2存在磁耦合，而与接收机构的矩形线圈1不存在磁耦合。即使原边发射机构与副边接收机构因为车辆运行、停车误差等原因导致存在沿车辆运行方向上的偏移时，上述原则仍成立，因此本发明提出的复合型耦合线圈结构适用于轨道交通的动态无线供电和静态无线充电两种应用场景。
本发明提出的复合型耦合线圈结构可在相同的铺设面积上实现更大的面积功率密度。由于矩形线圈1与DD型线圈2之间的解耦，矩形线圈1、DD型线圈2可以独立设计，降低了设计的难度。
本发明提出的复合型耦合线圈结构不仅适用于轨道交通，同样适用于AGV、循迹机器人等具有固定运行线路的场景。
本发明提出的复合型耦合线圈结构与文献[1]中提到的DD、DDQ结构的区别是：
1)原副边结构不同：文献1中的结构是原边DD，副边DD或者DDQ，而不能采用原边DDQ-副边DDQ结构，因为存在图1中x轴方向的偏移时，原边的DD线圈和Q线圈都分别与副边的DD线圈和Q线圈存在耦合关系，系统特性变得复杂，影响传输性能，因此未采用。而本发明提出的复合型耦合线圈结构应用于轨道交通中，不存在垂直于轨道方向上的偏移，按照图9的方式布置时，原边发射机构与副边接收机构之间仅相同形状的线圈间存在耦合，相异线圈之间相互解耦，即使沿车辆运行方向存在偏移时，上述关系仍存在。
2)线圈相对尺寸不同：文献[1]中设计的DDQ线圈主要目的是在x轴方向上存在偏移时仍保持无线电能传输系统具有功率传输能力，因DD线圈偏移边长的34％时出现功率零点，所以设计时令偏移34％时原边的DD线圈与副边的Q线圈之间存在最大耦合，因此DDQ线圈中Q线圈边长小于DD线圈的边长(x轴方向的，y方向一般相同)。考虑到线圈间的耦合系数一般随着尺寸的增大而增大，而耦合系数大的耦合线圈结构具有更高的功率传输能力和传输效率。因此本发明提出的复合型耦合线圈结构，矩形线圈1的内边缘与DD型线圈2外边缘尺寸相同或者矩形线圈1与DD型线圈2外边缘尺寸相同。
参考文献：
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本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种无线电能传输系统的效率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、假设额定输出功率为PO-rated，无线电能传输系统按照输出功率为PO-rated/2分别设计复合型耦合线圈结构中的矩形线圈(1)和DD型线圈(2)，使矩形线圈(1)和DD型线圈(2)的最优工作点为PO-rated/2，
S2、通过理论计算或者实际实验测量分别得到子系统一在(0，PO-rated/2)功率区间的输入功率与输出功率的对应关系f1，子系统二在(0，PO-rated/2)功率区间的输入功率与输出功率的对应关系f2，定义子系统一的输入功率Pin1＝f1(PO)，子系统二的输入功率Pin2＝f2(PO)，PO∈(0，PO-rated/2)；当子系统一和子系统二同时供电时，无线电能传输系统的总输出功率为2PO，则总输入功率为Pin＝Pin1+Pin2＝f1(PO)+f2(PO)；
当无线电能传输系统的输出功率为PO-rated/2时，若子系统一单独工作，输入功率为f1(PO-rated/2)；若子系统二单独工作，输入功率为f2(PO-rated/2)；若子系统一和子系统二同时参与供电，则输入功率为f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)；
由于矩形线圈(1)与DD型线圈(2)的最优工作点为PO-rated/2，当无线电能传输系统的输出功率小于PO-rated/2时，传输效率会下降，因此理论上，f1(PO-rated/2)，f2(PO-rated/2)，f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)三者中，f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)最大，输出功率为PO-rated/2，使用子系统一和子系统二同时供电的模式传输效率最低；
S3、比较f1(PO-rated/2)与f2(PO-rated/2)，其中取值大的数定义为Pmax，取值小的数定义为Pmin，Pmax对应的子系统的输出功率为PO-rated/2时，该子系统传输效率较另一个子系统低，Pmin对应的子系统传输效率高，当无线电能传输系统采用单个子系统供电状态时使用传输效率高的子系统进行供电；
S4、则工作过程为：
无线电能传输系统运行时，首先令两个子系统同时参与供电，检测原边电源侧的输入功率，根据输入功率判断无线电能传输系统的工作状态，工作状态分为两种情况：
1)若原边电源侧的输入功率大于f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)时，则说明无线电能传输系统的输出功率大，判定子系统一和子系统二单独工作时无法满足需求功率，令子系统一和子系统二同时参与供电，且等比例分配输出功率；
2)若原边电源侧的输入功率小于等于f1(PO-rated/4)+f2(PO-rated/4)，则说明无线电能传输系统的输出功率小，判定子系统一和子系统二单独工作时足以满足需求功率，令无线电能传输系统处于单个子系统供电模态，且令传输效率高的子系统工作；
若无线电能传输系统工作在单个子系统供电模态，当原边电源侧的输入功率小于Pmin，则令无线电能传输系统保持为单个子系统工作状态；若原边电源侧的输入功率大于等于Pmin，则说明单个子系统工作时无法满足需求功率，令子系统一和子系统二同时参与供电，且等比例分配输出功率。
2.如权利要求1所述的无线电能传输系统的效率优化方法，其特征在于，所述无线电能传输系统包括：电源、两个控制器、负载单元、子系统一和子系统二；
子系统一包括：原边变换器、两个复合型耦合线圈结构和副边变换器，其中一个复合型耦合线圈结构作为原边发射机构，另一个复合型耦合线圈结构作为副边接收机构；
子系统二包括：原边变换器、两个复合型耦合线圈结构和副边变换器，其中一个复合型耦合线圈结构作为原边发射机构，另一个复合型耦合线圈结构作为副边接收机构；
所述电源的正极分别与两个原边变换器的正极连接，所述电源的负极分别与两个原边变换器的负极连接，所述负载单元的正极分别与两个副边变换器的正极连接，所述负载单元的负极分别与两个副边变换器的负极连接，
两个控制器之间通过无线通讯，其中一个控制器分别与两个原边变换器连接，另一个控制器分别与两个副边变换器连接。
3.如权利要求2所述的无线电能传输系统的效率优化方法，其特征在于，所述复合型耦合线圈结构包括：矩形线圈(1)和DD型线圈(2)；
所述矩形线圈(1)和DD型线圈(2)敷设于同一平面，且DD型线圈(2)被矩形线圈(1)包围；
当所述复合型耦合线圈结构作为原边发射机构时，矩形线圈(1)和DD型线圈(2)的下方根据实际情况敷设若干磁芯(3)；
当所述复合型耦合线圈结构作为副边接收机构时，为屏蔽漏磁，防止漏磁影响车载电子设备的正常工作，在矩形线圈(1)和DD型线圈(2)的上方增加若干磁芯(3)和铝板，所述铝板、若干磁芯(3)和矩形线圈(1)从上至下依次设置，若干磁芯(3)从左至右依次设置；
所述DD型线圈(2)外边缘尺寸与矩形线圈(1)内边缘尺寸相同；
所述矩形线圈(1)和DD型线圈(2)能够单独设计。
4.如权利要求2所述的无线电能传输系统的效率优化方法，其特征在于，所述复合型耦合线圈结构包括：矩形线圈(1)、绝缘板(8)、DD型线圈(2)和若干磁芯(3)；
所述矩形线圈(1)与DD型线圈(2)外边缘尺寸相同且同轴布置，当所述复合型耦合线圈结构作为原边发射机构时，所述矩形线圈(1)、绝缘板(8)、DD型线圈(2)和若干磁芯(3)从上至下依次设置，当所述复合型耦合线圈结构作为副边接收机构时，在若干磁芯(3)上方增加铝板，所述铝板用于屏蔽漏磁，防止漏磁影响车辆中电子设备的正常工作，所述铝板、若干磁芯(3)、DD型线圈(2)、绝缘板(8)和矩形线圈(1)从上至下依次设置，所述若干磁芯(3)从左至右依次设置，所述绝缘板(8)用于实现矩形线圈(1)与DD型线圈(2)的电气绝缘，防止线圈被击穿，并为矩形线圈(1)提供一个平整的敷设平面；
当所述复合型耦合线圈结构作为原边发射机构时，根据安装位置下方环境情况决定是否增加铝板，若安装位置下方含有电子设备，则增加铝板，若安装位置下方不含有电子设备，则不增加铝板；
所述矩形线圈(1)与DD型线圈(2)之间的相对位置能够调整，当其中一方处于绝缘板(8)与磁芯(3)之间，则另一方敷设于绝缘板(8)另一面；
所述矩形线圈(1)和DD型线圈(2)能够单独设计。
5.如权利要求2所述的无线电能传输系统的效率优化方法，其特征在于，所述子系统一中：原边变换器与作为原边发射机构的复合型耦合线圈结构中的矩形线圈(1)连接，作为原边发射机构的复合型耦合线圈结构中的矩形线圈(1)与作为副边接收机构的复合型耦合线圈结构中的矩形线圈(1)对应，作为副边接收机构的复合型耦合线圈结构中的矩形线圈(1)与副边变换器连接；
所述子系统二中：原边变换器与作为原边发射机构的复合型耦合线圈结构中的DD型线圈(2)连接，作为原边发射机构的复合型耦合线圈结构中的DD型线圈(2)与作为副边接收机构的复合型耦合线圈结构中的DD型线圈(2)对应，作为副边接收机构的复合型耦合线圈结构中的DD型线圈(2)与副边变换器连接。
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