CN112952965A - 锂电池无线充电补偿网络的方法、系统、介质以及设备 - Google Patents

锂电池无线充电补偿网络的方法、系统、介质以及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锂电池无线充电补偿网络的方法、系统、介质以及设备，包括：步骤S1：选用全桥、半桥或者单管等电路拓扑，获取电路拓扑选用结果信息；步骤S2：根据电路拓扑选用结果信息，将发射线圈Lp分离，副边电感L2分离；其中，Lp为无线充电电路的发射线圈；L2为副边电感；步骤S3：采用T型等效模型进行分析，获取T型等效模型分析结果信息；步骤S4：根据T型等效模型分析结果信息，获取具有输出负载独立特性的锂电池无线充电补偿网络的结果信息。本发明相比于双边LCC补偿网络能够采用更少的无源器件实现相同的充电效果，提高了效率和可靠性，并且使控制更简单。

Description

锂电池无线充电补偿网络的方法、系统、介质以及设备
技术领域
本发明涉及电学技术领域，具体地，涉及一种锂电池无线充电补偿网络的方法、系统、介质以及设备，尤其涉及一种具有输出负载独立特性的锂电池无线充电补偿网络的方法及系统。
背景技术
近年来，随着无线电能传输技术的不断发展，应用场合也逐渐扩大，最常见的是电池的无线充电领域。由于给锂电池充电一般需要恒流充电和恒压充电阶段，所以需要通过控制手段实现输出电压或电流随着负载的改变保持不变。目前实现该特性的方法有：再加入一级DC-DC电路、采用双边LCC补偿网络、切换器件改变补偿网络等方法。然而，再加一级DC-DC电路使系统整体效率更低，更复杂；然而切换补偿网络的方法，改变了补偿网络，需要多个切换开关，结构较复杂；双边LCC补偿网络需要通过切换频率实现恒流模式和恒压模式的转换，所需要的无源器件较多。所以寻找一个无源器件更少的补偿网络具有较大的意义。
专利文献CN106712231A公开了一种锂电池无线充电系统，包括发射单元和接收单元；所述发射单元包括市电、振荡电路、功放电路、发射线圈；所述接收单元包括接收线圈、转换电路、充电电路、锂电池；其中，所述发射单元的振荡电路将市电提供的交流电流转换为直流电流后，所述功放电路进行放大信号功率，所述接收线圈接收由发射线圈产生的磁场，通过转换电路将磁场信号转变为交流信号后，输出电路向锂电池提供充电电流。本发明避免了有线充电方式中充电装置与电子产品之间必须的可靠接触及由此造成的磨损，提高了充电的安全性、可靠性；无需充电装置与电子产品之间无需可靠接触，可以在较大范围内任意放置电子产品仍可可靠充电。该专利在结构和技术性能上仍然有待提高的空间。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种锂电池无线充电补偿网络的方法、系统、介质以及设备。
根据本发明提供的一种具有输出负载独立特性的锂电池无线充电补偿网络的方法，包括：步骤S1：选用全桥、半桥或者单管等电路拓扑，获取电路拓扑选用结果信息；步骤S2：根据电路拓扑选用结果信息，将发射线圈Lp分离，副边电感L2分离；其中，Lp为无线充电电路的发射线圈；L2为副边电感；步骤S3：采用T型等效模型进行分析，将锂电池的充电模式分为恒流模式和恒压模式，获取T型等效模型分析结果信息；步骤S4：根据T型等效模型分析结果信息，获取具有输出负载独立特性的锂电池无线充电补偿网络的结果信息。
优选地，所述步骤S2包括：
步骤S2.1：根据电路拓扑选用结果信息，将发射线圈Lp分离为Lp1和Lp2，
其中，Lp为无线充电电路的发射线圈；Lp1为第一分离无线充电电路的发射线圈，Lp2为第一分离无线充电电路的发射线圈；
优选地，所述步骤S2包括：
步骤S2.1：副边电感L2分离为L21和L22；
其中，L2为副边电感；L21为第一分离后副边电感，L22为第一分离后副边电感；
优选地，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：在恒压模式时：令Cp与Lp1在工作频率fcv下发生谐振，此时根据戴维南等效定理，T1网络阻抗能够等效为Ls-M2/Lp2，之后令Cs1与Ls-M2/Lp2在fcv下谐振，令Cs2和L3在fcv下谐振，能够得到负载与电压源串联，实现了恒压输出的特性。实现恒压输出所满足的条件和输出电压分别如公式(1)(2)所示
Figure BDA0003022367590000021
Figure BDA0003022367590000022
ωcv为恒压模式下的角频率，ωcc为恒流模式下的角频率，Cp为发射线圈补偿电容，Cs1为接收电路第一补偿电容，Cs2为接收电路第二补偿电容，L3为接收电路补偿电感，Uo为输出电压；
Uin为整个补偿网络的输入电压，Ls为接收线圈，M为线圈之间的互感，Req为等效负载，Lp为无线充电电路的发射线圈，Lp1为第一分离无线充电电路的发射线圈，Lp2为第一分离无线充电电路的发射线圈。
L2为副边电感；L21为第一分离后副边电感，L22为第一分离后副边电感。
优选地，所述步骤S3包括：
步骤S3.2：在恒流模式时：令Cp与整个发射线圈Lp在工作频率fcc下发生谐振，据戴维南等效定理，T1网络阻抗和电源能够等效为一个电流源，令L2与Cs1串联组合与Cs2在频率fcc下发生谐振，最终能够等效为负载Req和L3与电流源串联，实现了恒流输出的特性。实现恒流输出所满足的条件如公式(3)所示：
Figure BDA0003022367590000031
此时恒流输出的电流为公式(4)所示；
Figure BDA0003022367590000032
为了简化计算令ωcv＝αωcc，根据公式(1)(3)(4)能够得到人为分开的电感Lp1和L21应该满足：
Figure BDA0003022367590000033
Io为恒流模式的输出电流。
根据本发明提供的一种具有输出负载独立特性的锂电池无线充电补偿网络的系统，包括：模块M1：选用全桥、半桥或者单管等电路拓扑，获取电路拓扑选用结果信息；模块M2：根据电路拓扑选用结果信息，将发射线圈Lp分离，副边电感L2分离；其中，Lp为无线充电电路的发射线圈；L2为副边电感；模块M3：采用T型等效模型进行分析，将锂电池的充电模式分为恒流模式和恒压模式，获取T型等效模型分析结果信息；模块M4：根据T型等效模型分析结果信息，获取具有输出负载独立特性的锂电池无线充电补偿网络的结果信息。
优选地，所述模块M2包括：
模块M2.1：根据电路拓扑选用结果信息，将发射线圈Lp分离为Lp1和Lp2，
其中，Lp为无线充电电路的发射线圈；Lp1为第一分离无线充电电路的发射线圈，Lp2为第一分离无线充电电路的发射线圈；
优选地，所述模块M2包括：
模块M2.1：副边电感L2分离为L21和L22；
其中，L2为副边电感；L21为第一分离后副边电感，L22为第一分离后副边电感；
优选地，所述模块M3包括：
模块M3.1：在恒压模式时：令Cp与Lp1在工作频率fcv下发生谐振，此时根据戴维南等效定理，T1网络阻抗能够等效为Ls-M2/Lp2，之后令Cs1与Ls-M2/Lp2在fcv下谐振，令Cs2和L3在fcv下谐振，能够得到负载与电压源串联，实现了恒压输出的特性。实现恒压输出所满足的条件和输出电压分别如公式(1)(2)所示
Figure BDA0003022367590000041
Figure BDA0003022367590000042
ωcv为恒压模式下的角频率，ωcc为恒流模式下的角频率，Cp为发射线圈补偿电容，Cs1为接收电路第一补偿电容，Cs2为接收电路第二补偿电容，L3为接收电路补偿电感，Uo为输出电压；
Uin为整个补偿网络的输入电压，Ls为接收线圈，M为线圈之间的互感，Req为等效负载，Lp为无线充电电路的发射线圈，Lp1为第一分离无线充电电路的发射线圈，Lp2为第一分离无线充电电路的发射线圈。
L2为副边电感；L21为第一分离后副边电感，L22为第一分离后副边电感。
优选地，所述模块M3包括：
模块M3.2：在恒流模式时：令Cp与整个发射线圈Lp在工作频率fcc下发生谐振，据戴维南等效定理，T1网络阻抗和电源能够等效为一个电流源，令L2与Cs1串联组合与Cs2在频率fcc下发生谐振，最终能够等效为负载Req和L3与电流源串联，实现了恒流输出的特性。实现恒流输出所满足的条件如公式(3)所示：
Figure BDA0003022367590000043
此时恒流输出的电流为公式(4)所示；
Figure BDA0003022367590000051
为了简化计算令ωcv＝αωcc，根据公式(1)(3)(4)能够得到人为分开的电感Lp1和L21应该满足：
Figure BDA0003022367590000052
Io为恒流模式的输出电流。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现锂电池无线充电补偿网络的方法的步骤。
根据本发明提供的一种锂电池无线充电补偿网络的设备，包括：控制器；
所述控制器包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现锂电池无线充电补偿网络的方法的步骤；或者，所述控制器包括锂电池无线充电补偿网络的系统。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明相比于双边LCC补偿网络能够采用更少的无源器件实现相同的充电效果，提高了效率和可靠性，并且使控制更简单。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中的锂电池无线充电补偿网络示意图。
图2为本发明实施例中的补偿网络分析示意图。
图3为本发明实施例中的锂电池充电模式示意图。
图4为本发明实施例中的具体实施电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-4所示，一种锂电池无线充电补偿网络的方法、系统、介质以及设备中，补偿网络与前端的逆变电路无关，可以选用全桥、半桥或者单管等电路拓扑，Uin为整个补偿网络的输入电压，Lp为无线充电电路的发射线圈，Ls为接收线圈，M为线圈之间的互感，Req为等效负载。将发射线圈Lp分离为Lp1和Lp2，副边电感L2分离为L21和L22，采用T型等效模型进行分析如图2所示。锂电池的充电模式分为恒流模式和恒压模式如图3所示。在恒压模式时：令Cp与Lp1在工作频率fcv下发生谐振，此时根据戴维南等效定理，T1网络阻抗可以等效为Ls-M2/Lp2，之后令Cs1与Ls-M2/Lp2在fcv下谐振，令Cs2和L3在fcv下谐振，可以得到负载与电压源串联，实现了恒压输出的特性。实现恒压输出所满足的条件和输出电压分别如公式(1)(2)所示
Figure BDA0003022367590000061
Figure BDA0003022367590000062
在恒流模式时：令Cp与整个发射线圈Lp在工作频率fcc下发生谐振，据戴维南等效定理，T1网络阻抗和电源可以等效为一个电流源，令L2与Cs1串联组合与Cs2在频率fcc下发生谐振，最终可以等效为负载Req和L3与电流源串联，实现了恒流输出的特性。实现恒流输出所满足的条件如公式(3)所示：
Figure BDA0003022367590000063
此时恒流输出的电流为公式(4)所示
Figure BDA0003022367590000064
为了简化计算令ωcv＝αωcc，根据公式(1)(3)(4)可以得到人为分开的电感Lp1和L21应该满足：
Figure BDA0003022367590000071
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种锂电池无线充电补偿网络的方法，其特征在于，包括：
步骤S1：选用全桥、半桥或者单管电路拓扑，获取电路拓扑选用结果信息；
步骤S2：根据电路拓扑选用结果信息，将发射线圈Lp分离，副边电感L2分离；
其中，Lp为无线充电电路的发射线圈；L2为副边电感；
步骤S3：采用T型等效模型进行分析，获取T型等效模型分析结果信息；
步骤S4：根据T型等效模型分析结果信息，获取具有输出负载独立特性的锂电池无线充电补偿网络的结果信息。
2.根据权利要求1所述的锂电池无线充电补偿网络的方法，所述步骤S2包括：
步骤S2.1：根据电路拓扑选用结果信息，将发射线圈Lp分离为Lp1和Lp2；
其中，Lp为无线充电电路的发射线圈；Lp1为第一分离无线充电电路的发射线圈，Lp2为第一分离无线充电电路的发射线圈。
3.根据权利要求1所述的锂电池无线充电补偿网络的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S2.1：副边电感L2分离为L21和L22；
其中，L2为副边电感；L21为第一分离后副边电感，L22为第一分离后副边电感。
4.根据权利要求1所述的锂电池无线充电补偿网络的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S3.1：采用T型等效模型进行分析，将锂电池的充电模式分为恒流模式和恒压模式，获取T型等效模型分析结果信息。
5.一种锂电池无线充电补偿网络的系统，其特征在于，包括：
模块M1：选用全桥、半桥或者单管电路拓扑，获取电路拓扑选用结果信息；
模块M2：根据电路拓扑选用结果信息，将发射线圈Lp分离，副边电感L2分离；
其中，Lp为无线充电电路的发射线圈；L2为副边电感；
模块M3：采用T型等效模型进行分析，获取T型等效模型分析结果信息；
模块M4：根据T型等效模型分析结果信息，获取具有输出负载独立特性的锂电池无线充电补偿网络的结果信息。
6.根据权利要求1所述的锂电池无线充电补偿网络的系统，所述模块M2包括：
模块M2.1：根据电路拓扑选用结果信息，将发射线圈Lp分离为Lp1和Lp2；
其中，Lp为无线充电电路的发射线圈；Lp1为第一分离无线充电电路的发射线圈，Lp2为第一分离无线充电电路的发射线圈。
7.根据权利要求1所述的锂电池无线充电补偿网络的系统，其特征在于，所述模块M2包括：
模块M2.1：副边电感L2分离为L21和L22；
其中，L2为副边电感；L21为第一分离后副边电感，L22为第一分离后副边电感。
8.根据权利要求1所述的锂电池无线充电补偿网络的系统，其特征在于，所述模块M3包括：
模块M3.1：采用T型等效模型进行分析，将锂电池的充电模式分为恒流模式和恒压模式，获取T型等效模型分析结果信息。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的锂电池无线充电补偿网络的方法的步骤。
10.一种锂电池无线充电补偿网络的设备，其特征在于，包括：控制器；
所述控制器包括权利要求9所述的存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的锂电池无线充电补偿网络的方法的步骤；或者，所述控制器包括权利要求5至8中任一项所述的锂电池无线充电补偿网络的系统。
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