CN116167307B - 一种无线充电系统参数优化设计方法、系统、设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线充电系统参数优化设计方法、系统、设备及介质，该方法步骤包括：获得无线充电系统的恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程并求解，构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系；确定输出增益比；基于耦合线圈和补偿电感的寄生参数计算恒流‑恒压模式下整体效率；设置基础效率线为基本条件，设置耦合系数作为系统输出增益的约束条件，基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围，选取最小的电流增益、电压增益作为系统的最优增益值。本发明实现在变负载条件下的恒流‑恒压模式高效输出，同时简化系统参数设计步骤，且对不同的电池充电指标均具有可行性。

Description

一种无线充电系统参数优化设计方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种无线充电系统参数优化设计方法、系统、设备及介质。
背景技术
无线电能传输技术以电磁场为媒介，可实现能量从电源到负载的无接触传输，因其安全、灵活、适应性强，在电池充电领域前景广阔。为了延长电池的使用寿命和充放电次数，以锂电池为主的储能电池充电主要采用恒流和恒压两阶段充电的方式。
为实现无线充电系统的恒流-恒压高效输出，部分研究利用SS补偿拓扑等低阶拓扑结构，通过合理的参数设计，可分别实现在不同工作频率下系统恒流和恒压输出，但其在两种工作模式下不能同时满足输入阻抗均为纯阻性的条件，造成整体充电效率低下；另外，有研究基于DLCC补偿拓扑，推导其传输特性，实现了系统输入阻抗为纯阻性的恒流-恒压输出，避免了无功损耗，有利于系统高效输出，但该补偿拓扑阶数高，网络元件众多，不利于接收侧的紧凑性设计，且在参数设计和优化过程较为复杂；除单一拓扑外，有研究通过混合拓扑、或改变电路拓扑结构及补偿参数的方式，改变系统输出特性，这两种方法均可以实现恒流-恒压两种模式的输出，但这两种方式需要额外的补偿元件、交流开关和相应驱动电路，增加了系统复杂性和功率损耗。因此，如何保证在变负载条件下的恒流-恒压模式高效输出，同时简化系统参数设计步骤是设计环节的重点。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种无线充电系统参数优化设计方法，本发明实现了在变负载条件下的恒流-恒压模式高效输出，同时简化了系统参数设计步骤，且对不同的电池充电指标均具有可行性。
本发明的第二目的在于提供一种无线充电系统参数优化设计系统；
本发明的第三目的在于提供一种计算机可读存储介质；
本发明的第四目的在于提供一种计算机设备。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种无线充电系统参数优化设计方法，包括下述步骤：
基于LCC-S补偿拓扑的输出特性分别获得无线充电系统的恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，通过联立求解恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系；
根据电池的充电指标确定输出增益比，所述输出增益比为电压增益与电流增益的比值，作为恒流-恒压模式切换时的等效交流电阻值；
基于耦合线圈和补偿电感的寄生参数计算恒流-恒压模式下无线充电系统的整体效率；
设置基础效率线作为无线充电系统的基本条件，设置耦合系数作为无线充电系统输出增益的约束条件，基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围，在取值范围内选取最小的电流增益、电压增益作为无线充电系统的最优增益值。
作为优选的技术方案，所述LCC-S补偿拓扑包括发送单元和接收单元，发送单元由直流电压源、高频逆变器、原边LCC补偿网络构成，高频逆变器的输入端连接直流电压源，其输出端依次连接串联补偿电感、并联补偿电容、环路补偿电容后接入发射线圈形成原边LCC补偿网络；
接收单元由副边S补偿网络、整流桥、滤波电容和电池负载构成，整流桥的输入端与接收线圈、串联补偿电容构成的副边S补偿网络相连，其输出端并联滤波电容后连接至电池负载。
作为优选的技术方案，所述基于LCC-S补偿拓扑的输出特性分别获得无线充电系统的恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，具体包括：
恒流方程表示为：
Figure SMS_1
；
电流增益方程表示为：
Figure SMS_2
；
恒压方程表示为：
Figure SMS_3
；
电压增益方程表示为：
Figure SMS_4
；
其中，G为恒流模式下的电流增益，E为恒压模式下的电压增益，U in为逆变器输出电压向量，U o、I o分别为整流桥输入电压和电流向量，a=jωL p1+1/jωC p，b=-1/jωC p，c=1/jω C p+1/jωC p1+jωL p，d=-jωM，e=jωL s+1/jωC s，j为虚数单位，ω为逆变器工作角频率，L p1表示串联补偿电感的电感值、C p表示并联补偿电容的电容值、C p1表示环路补偿电容的电容值，C s表示串联补偿电容的电容值，L p表示发射线圈的电感值，L s表示接收线圈的电感值，M表示发射线圈和接收线圈之间的互感值。
作为优选的技术方案，构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系，具体包括：
原边LCC补偿网络和副边S补偿网络的补偿元件参数表示为：
Figure SMS_5
；
恒流模式下的逆变器工作角频率ω cc表示为：
Figure SMS_6
；
发射线圈和接收线圈之间的互感值
Figure SMS_7
表示为：
Figure SMS_8
；
发射线圈和接收线圈之间的耦合系数k表示为：
Figure SMS_9
；
其中，
Figure SMS_10
，/>
Figure SMS_11
、/>
Figure SMS_12
、/>
Figure SMS_13
分别为发射线圈、接收线圈、串联补偿电感的电感值，/>
Figure SMS_14
、/>
Figure SMS_15
、/>
Figure SMS_16
分别为并联补偿电容、环路补偿电容、串联补偿电容的电容值，ω cv为恒压模式下的逆变器工作角频率，E表示电压增益，G表示电流增益。
作为优选的技术方案，输出增益比表示为：
Figure SMS_17
；
其中，U B、I B分别为电池的充电电压和充电电流，E表示电压增益，G表示电流增益，S表示输出增益比。
作为优选的技术方案，基于耦合线圈和补偿电感的寄生参数计算恒流-恒压模式下无线充电系统的整体效率，具体包括：
Figure SMS_18
；
A=R p(R eq+R s)k 2+(h 4(k 2-1)+2h 2-1)S 2；
B=Sk(h 2-1)(R eq+R p+R s)；
C=G(1-h 2)+(R eq+R s)k 2+G 2 AR p1；
D=(Sk+GA)(h 2-1)+G 2 BR p1；
Figure SMS_19
；
其中，R eq为整流桥前的等效交流电阻，R min、R max分别为等效交流电阻R eq的最小值和最大值，R p、R s、R p1分别为发射线圈、接收线圈、串联补偿电感的寄生电阻，S表示输出增益比，k表示耦合系数，E表示电压增益，G表示电流增益。
作为优选的技术方案，基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围，具体表示为：
Figure SMS_20
；
其中，η base表示基础效率线，
Figure SMS_21
表示无线充电系统的整体效率，R eq为整流桥前的等效交流电阻，R min、R max分别为等效交流电阻R eq的最小值和最大值，k表示耦合系数，k min、k max分别为耦合系数k的最小值和最大值，E表示电压增益，G表示电流增益，S表示输出增益比。
为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案：
一种无线充电系统参数优化设计系统，包括：无线充电系统参数方程构建模块、参数方程求解模块、输出增益比构建模块、整体效率计算模块、基本条件设置模块、约束条件设置模块、最优增益值计算模块；
所述无线充电系统参数方程构建模块用于基于LCC-S补偿拓扑的输出特性分别获得无线充电系统的恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程；
所述参数方程求解模块用于通过联立求解恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系；
所述输出增益比构建模块用于根据电池的充电指标确定输出增益比，所述输出增益比为电压增益与电流增益的比值，作为恒流-恒压模式切换时的等效交流电阻值；
所述整体效率计算模块用于基于耦合线圈和补偿电感的寄生参数计算恒流-恒压模式下无线充电系统的整体效率；
所述基本条件设置模块用于设置基础效率线作为无线充电系统的基本条件；
所述约束条件用于设置耦合系数作为无线充电系统输出增益的约束条件；
所述最优增益值计算模块用于基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围，在取值范围内选取最小的电流增益、电压增益作为无线充电系统的最优增益值。
为了达到上述第三目的，本发明采用以下技术方案：
一种计算机可读存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如上述无线充电系统参数优化设计方法。
为了达到上述第四目的，本发明采用以下技术方案：
一种计算机设备，包括处理器和用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现如上述无线充电系统参数优化设计方法。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
（1）本发明通过构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系以及定义无线充电系统的输出增益比，仅用输出增益作为变量来表示包括补偿参数、恒流频率、线圈互感在内的全部无线充电系统参数，且由于构建了输出增益与无线充电系统参数之间的定量关系，无线充电系统全部参数均可被电压增益和电流增益表示，同时输出增益比又表明电压增益E与电流增益G的比例关系，只要任意给出一个电压增益E的值或电流增益G的值就能直接计算得到无线充电系统全部参数，期间不需要额外引入其他的循环迭代或优化算法，将多变量优化问题简化为单变量优化问题，实现了无线充电系统全部参数的快速确定，简化了无线充电系统参数设计步骤。
（2）本发明通过建立输出增益的选取规则，实现了在满足基本条件的前提下，联合耦合系数作为约束条件，以最小增益值为优化目标，使得系统整体效率达到全局最大化，保证了无线充电系统在变负载条件下的恒流-恒压模式高效输出。
（3）本发明提供的无线充电系统参数优化设计方法可推广应用到其他高阶拓扑中，且针对不同的电池充电指标均具有可行性，可实现效率最大化。
附图说明
图1为本发明无线充电系统参数优化设计方法的流程示意图；
图2为本发明LCC-S补偿拓扑系统主电路图；
图3为本发明LCC-S补偿拓扑系统基波等效电路图；
图4为本发明电压增益、负载电阻与系统整体效率的三维曲面图；
图5为本发明满足基本条件的可行解区域示意图；
图6为本发明电压增益与耦合系数之间的关系曲线图；
图7为本发明无线充电系统整体效率随负载电阻变化的对比图；
图8为本发明充电电压、充电电流和无线充电系统整体效率随负载电阻变化的实验数据图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种无线充电系统参数优化设计方法，针对不同的电池充电指标均具有可行性，该参数优化设计方法仅需要给出电池的充电指标（充电电压和充电电流），进而确定输出增益比，再选取最佳的输出增益值就能实现全局效率最大化，包括下述步骤：
步骤1：基于LCC-S补偿拓扑的输出特性构建电流增益、电压增益与系统参数之间的定量关系；
如图2所示，步骤1的LCC-S补偿拓扑结构包括：发送单元和接收单元，发送单元由直流电压源U D、高频逆变器H、原边LCC补偿网络构成，高频逆变器H的输入端连接直流电压源U D，其输出端依次连接串联补偿电感L p1、并联补偿电容C p、环路补偿电容C p1后接入发射线圈L p形成原边LCC补偿网络；
接收单元由副边S补偿网络、整流桥D、滤波电容C F和电池负载R B构成，整流桥D的输入端与接收线圈L s、串联补偿电容C s构成的副边S补偿网络相连，其输出端并联滤波电容C F后连接至电池负载R B。
如图3所示，得到LCC-S补偿拓扑系统基波等效电路，其中，U in表示高频逆变器输出电压的基波分量，且
Figure SMS_22
，R eq为整流桥前的等效交流电阻，且/>
Figure SMS_23
，其中，U D表示直流电压源的电压值，R B表示电池负载的电阻值；
步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：基于LCC-S补偿拓扑的输出特性分别获得系统恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，计算公式如下：
恒流方程由式（1）确定：
Figure SMS_24
（1）
电流增益方程由式（2）确定：
Figure SMS_25
（2）
恒压方程由式（3）确定：
Figure SMS_26
（3）
电压增益方程由式（4）确定：
Figure SMS_27
（4）
式（1）、（2）、（3）、（4）中，G为恒流模式下的电流增益，E为恒压模式下的电压增益，U in为逆变器输出电压向量，U o、I o分别为整流桥输入电压和电流向量，a=jωL p1+1/jωC p，b=-1/jωC p，c=1/jωC p+1/jωC p1+jωL p，d=-jωM，e=jωL s+1/jωC s，j为虚数单位，ω为逆变器工作角频率，L p1表示串联补偿电感的电感值、C p表示并联补偿电容的电容值、C p1表示环路补偿电容的电容值，C s表示串联补偿电容的电容值，L p表示发射线圈的电感值，L s表示接收线圈的电感值，M表示发射线圈和接收线圈之间的互感值，电感的国际单位为亨利（H），电容的国际单位为法拉（F）。
步骤1.2：通过联立求解恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，构建电流增益、电压增益与系统参数之间的定量关系，计算公式如下：
原边LCC补偿网络和副边S补偿网络的补偿元件参数由式（5）确定：
Figure SMS_28
（5）
恒流模式下的逆变器工作角频率ω cc由式（6）确定：
Figure SMS_29
（6）
发射线圈L p和接收线圈L s之间的互感值
Figure SMS_30
由式（7）确定：
Figure SMS_31
（7）
发射线圈L p和接收线圈L s之间的耦合系数k由式（8）确定：
Figure SMS_32
（8）
式（5）、（6）、（7）、（8）中，
Figure SMS_33
，/>
Figure SMS_34
、/>
Figure SMS_35
、/>
Figure SMS_36
分别为发射线圈L p、接收线圈L s、串联补偿电感L p1的电感值，/>
Figure SMS_37
、/>
Figure SMS_38
、/>
Figure SMS_39
分别为并联补偿电容C p、环路补偿电容C p1、串联补偿电容C s的电容值，ω cv为恒压模式下的逆变器工作角频率，式（5）~式（8）表明了系统参数的计算可直接由输出增益确定，即只要给出一组电压增益E、电流增益G值就能得到系统全部参数，此处的系统参数被输出增益表示后，本实施例的传输效率表达式中将仅出现输出增益和负载电阻，即可以通过选取最佳的一组E、G值实现在给定的负载范围内系统整体效率最大化。
步骤2：根据电池的充电指标，确定输出增益比；
步骤2的输出增益比S定义为电压增益E与电流增益G的比值，其表明了E和G的比例关系可由电池的充电指标确定，又可作为恒流-恒压模式切换时的等效交流电阻值，计算公式如下：
Figure SMS_40
；
其中，U B、I B分别为电池的充电电压和充电电流，E表示电压增益，G表示电流增益，S表示输出增益比。
在本实施例中，仅用输出增益作为变量来表示包括补偿参数、恒流频率、线圈互感在内的全部无线充电系统参数，也为后面对效率的优化思路奠定基础，仅保留了输出增益和负载电阻两个变量；且由于构建了输出增益与无线充电系统参数之间的定量关系，无线充电系统全部参数均可被电压增益和电流增益表示，同时输出增益比又表明电压增益E值、电流增益G的比例关系，即只要任意给出一个电压增益E值或电流增益G值就能直接计算得到无线充电系统全部参数，将双变量简化至单变量；建立输出增益的选取规则，通过选取最佳的输出增益值，计算得到系统全部参数，实现效率最大化，期间不需要额外引入其他的循环迭代或优化算法，
步骤3：设置基础效率线η base作为无线充电系统的基本条件，在满足基本条件的前提下，联合耦合系数作为约束条件，求解输出增益的取值范围；
步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：考虑耦合线圈和补偿电感的寄生参数影响，计算恒流-恒压模式下无线充电系统的整体效率，计算公式如下：
Figure SMS_41
；
A=R p(R eq+R s)k 2+(h 4(k 2-1)+2h 2-1)S 2；
B=Sk(h 2-1)(R eq+R p+R s)；
C=G(1-h 2)+(R eq+R s)k 2+G 2 AR p1；
D=(Sk+GA)(h 2-1)+G 2 BR p1；
Figure SMS_42
；
其中，R eq为整流桥前的等效交流电阻，R min、R max分别为R eq的最小值和最大值，R p、R s、R p1分别为发射线圈L p、接收线圈L s、串联补偿电感L p1的寄生电阻，S表示输出增益比，k表示耦合系数，E表示电压增益，G表示电流增益。
在本实施例中，恒流-恒压模式指的是包括恒流模式、恒压模式，以及恒流、恒压模式切换瞬间的整个过程；
为了更形象地表现输出增益、负载电阻与无线充电系统整体效率的关系，令S=20，R p=R s=R p1=0.1Ω，如图4所示，统一取E为变量进行分析，绘制E、R eq与无线充电系统的整体效率η的三维曲面。
步骤3.2：为保证系统具有高效的输出，设置基础效率线η base作为系统的基本条件，优选为90%，为了确保系统整体效率η在整个负载变化范围内保持在基础效率线η base以上，基本条件计算公式如下：
Figure SMS_43
；
步骤3.3：为保证系统工作在有效区域内，设置耦合系数k作为无线充电系统输出增益的约束条件，约束条件计算公式如下：
Figure SMS_44
；
其中，k min、k max分别为耦合系数k的最小值和最大值。
步骤3.4：给定耦合系数变化范围，联立基本条件、约束条件和输出增益比S，求解电压增益E、电流增益G的取值范围，计算公式如下：
Figure SMS_45
；
其中，η base表示基础效率线，
Figure SMS_46
表示无线充电系统的整体效率，R eq为整流桥前的等效交流电阻，R min、R max分别为等效交流电阻R eq的最小值和最大值，k表示耦合系数，k min、k max分别为耦合系数k的最小值和最大值，E表示电压增益，G表示电流增益，S表示输出增益比。
步骤4：根据输出增益的选取规则，确定最佳的输出增益值完成无线充电系统参数设计，使得无线充电系统整体效率达到全局最大化。
在本实施例中，无线充电系统的输出增益包含电流增益G、电压增益E，输出增益比S表明了E、G之间的比例关系可由电池的充电指标确定，即通过输出增益比S，原先的两个变量（E、G）可以简化成一个变量，而求解E的取值范围的同时，也可以根据输出增益比S得到G的取值范围。
如图4所示，在整个负载变化范围内，当电压增益E减小接近至0时，η将达到全局最大，但实际中电压增益E无法等于0，则可以在取值范围内选取最小的电压增益E作为系统的最佳增益值。
步骤4中最佳的输出增益值即为在步骤3中求得的输出增益取值范围的最小值；在求得输出增益的取值范围后，根据图4得出的输出增益的选取规则，应选取在该取值范围内的最小增益值，即表明在该条件下的系统效率已达全局最大化。
步骤4的输出增益选取规则为：在满足基本条件的前提下，联合耦合系数作为约束条件，以最小增益值为优化目标，使得系统整体效率达到全局最大化，保证了无线充电系统在变负载条件下的恒流-恒压模式高效输出。
下面结合设计实例给出参数优化设计过程，无线充电系统设计指标如下表1所示。
表1 无线充电系统设计指标
Figure SMS_47
将表1的设计指标代入步骤3.4所示的计算公式中。如图5和图6所示，形象地展示了求解过程，图5中的重叠区域表示为满足基本条件的可行解区域，图6即为约束条件。最终可得：0.9≤E≤3.2，再由输出增益比可得：0.037≤G≤0.132。最后根据输出增益的选取规则，以最小增益值即图6中的P点（E=0.9，G=0.037）进行系统其余参数的计算，计算结果如下表2所示：
表2 无线充电系统的其余参数
Figure SMS_48
为对比参数优化前后，系统整体效率的变化情况。在0.9≤E≤3.2范围内，取四组不同的E值，如图7所示，绘制系统整体效率随负载变化曲线，由图7可以看出，在整个负载变化范围内，四组效率曲线均满足基本条件，其中，参数优化后的E值为0.9，其整体效率比其他三组优化前的整体效率均要高。综上所述，在满足基本条件的前提下，联合耦合系数为约束条件，以最小增益值为优化目标，系统整体效率达到了最大化。
为进一步验证该参数优化设计方法的可行性，本实施例根据图2的系统结构和表2的系统参数搭建了无线充电系统实验平台，如图8所示，得到其实验结果，其中，在恒流输出模式时，负载电阻从3Ω增加至30Ω，对应的充电电流从1.499A逐渐降低至1.483A，电流波动仅为1.07%，系统整体效率由最初的92.30%逐渐上升至98.14%，然后下降到最后的97.94%，即在恒流充电阶段，系统保持了较好的恒流输出特性；恒压输出模式时，负载电阻从30Ω增加至300Ω，对应的充电电压从44.51V逐渐上升至46.19V，电压波动仅为3.77%，系统整体效率从98.36%逐渐下降至91.12%，即在恒压充电阶段，系统保持了较好的恒压输出特性，总体而言，实验结果较好地证明了该参数优化设计方法的可行性。
实施例2
本实施例提供一种无线充电系统参数优化设计系统，包括：无线充电系统参数方程构建模块、参数方程求解模块、输出增益比构建模块、整体效率计算模块、基本条件设置模块、约束条件设置模块、最优增益值计算模块；
在本实施例中，无线充电系统参数方程构建模块用于基于LCC-S补偿拓扑的输出特性分别获得无线充电系统的恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程；
在本实施例中，参数方程求解模块用于通过联立求解恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系；
在本实施例中，输出增益比构建模块用于根据电池的充电指标确定输出增益比，所述输出增益比为电压增益与电流增益的比值，作为恒流-恒压模式切换时的等效交流电阻值；
在本实施例中，整体效率计算模块用于基于耦合线圈和补偿电感的寄生参数计算恒流-恒压模式下无线充电系统的整体效率；
在本实施例中，基本条件设置模块用于设置基础效率线作为无线充电系统的基本条件；
在本实施例中，约束条件用于设置耦合系数作为无线充电系统输出增益的约束条件；
在本实施例中，最优增益值计算模块用于基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围，在取值范围内选取最小的电流增益、电压增益作为无线充电系统的最优增益值。
实施例3
本实施例提供一种存储介质，存储介质可以是ROM、RAM、磁盘、光盘等储存介质，该存储介质存储有一个或多个程序，程序被处理器执行时，实现实施例1的无线充电系统参数优化设计方法。
实施例4
本实施例提供一种计算设备，该计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、智能手机、PDA手持终端、平板电脑或其他具有显示功能的终端设备，该计算设备包括处理器和存储器，存储器存储有一个或多个程序，处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1的无线充电系统参数优化设计方法。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线充电系统参数优化设计方法，其特征在于，包括下述步骤：
基于LCC-S补偿拓扑的输出特性分别获得无线充电系统的恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，通过联立求解恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系；
所述LCC-S补偿拓扑包括发送单元和接收单元，发送单元由直流电压源、高频逆变器、原边LCC补偿网络构成，高频逆变器的输入端连接直流电压源，其输出端依次连接串联补偿电感、并联补偿电容、环路补偿电容后接入发射线圈形成原边LCC补偿网络；
接收单元由副边S补偿网络、整流桥、滤波电容和电池负载构成，整流桥的输入端与接收线圈、串联补偿电容构成的副边S补偿网络相连，其输出端并联滤波电容后连接至电池负载；
根据电池的充电指标确定输出增益比，所述输出增益比为电压增益与电流增益的比值，作为恒流-恒压模式切换时的等效交流电阻值；
基于耦合线圈和补偿电感的寄生参数计算恒流-恒压模式下无线充电系统的整体效率；设置基础效率线作为无线充电系统的基本条件，设置耦合系数作为无线充电系统输出增益的约束条件，基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围；
基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围，具体表示为：
Figure QLYQS_1
；
其中，η base表示基础效率线，
Figure QLYQS_2
表示无线充电系统的整体效率，R eq为整流桥前的等效交流电阻，R min、R max分别为等效交流电阻R eq的最小值和最大值，k表示耦合系数，k min、k max分别为耦合系数k的最小值和最大值，E表示电压增益，G表示电流增益，S表示输出增益比；
在取值范围内选取最小的电流增益、电压增益作为无线充电系统的最优增益值。
2.根据权利要求1所述的无线充电系统参数优化设计方法，其特征在于，所述基于LCC-S补偿拓扑的输出特性分别获得无线充电系统的恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，具体包括：
恒流方程表示为：
Figure QLYQS_3
；
电流增益方程表示为：
Figure QLYQS_4
；
恒压方程表示为：
Figure QLYQS_5
；
电压增益方程表示为：
Figure QLYQS_6
；
其中，G为恒流模式下的电流增益，E为恒压模式下的电压增益，U in为逆变器输出电压向量，U o、I o分别为整流桥输入电压和电流向量，a=jωL p1+1/jωC p，b=-1/jωC p，c=1/jωC p+1/jωC p1+jωL p，d=-jωM，e=jωL s+1/jωC s，j为虚数单位，ω为逆变器工作角频率，L p1表示串联补偿电感的电感值、C p表示并联补偿电容的电容值、C p1表示环路补偿电容的电容值，C s表示串联补偿电容的电容值，L p表示发射线圈的电感值，L s表示接收线圈的电感值，M表示发射线圈和接收线圈之间的互感值。
3.根据权利要求1所述的无线充电系统参数优化设计方法，其特征在于，构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系，具体包括：
原边LCC补偿网络和副边S补偿网络的补偿元件参数表示为：
Figure QLYQS_7
；
恒流模式下的逆变器工作角频率ω cc表示为：
Figure QLYQS_8
；
发射线圈和接收线圈之间的互感值
Figure QLYQS_9
表示为：
Figure QLYQS_10
；
发射线圈和接收线圈之间的耦合系数k表示为：
Figure QLYQS_11
；
其中，
Figure QLYQS_12
，/>
Figure QLYQS_13
、/>
Figure QLYQS_14
、/>
Figure QLYQS_15
分别为发射线圈、接收线圈、串联补偿电感的电感值，/>
Figure QLYQS_16
、/>
Figure QLYQS_17
、/>
Figure QLYQS_18
分别为并联补偿电容、环路补偿电容、串联补偿电容的电容值，ω cv为恒压模式下的逆变器工作角频率，E表示电压增益，G表示电流增益。
4.根据权利要求1所述的无线充电系统参数优化设计方法，其特征在于，输出增益比表示为：
Figure QLYQS_19
；
其中，U B、I B分别为电池的充电电压和充电电流，E表示电压增益，G表示电流增益，S表示输出增益比。
5.根据权利要求1所述的无线充电系统参数优化设计方法，其特征在于，基于耦合线圈和补偿电感的寄生参数计算恒流-恒压模式下无线充电系统的整体效率，具体包括：
Figure QLYQS_20
；
A=R p(R eq+R s)k 2+(h 4(k 2-1)+2h 2-1)S 2；
B=Sk(h 2-1)(R eq+R p+R s)；
C=G(1-h 2)+(R eq+R s)k 2+G 2 AR p1；
D=(Sk+GA)(h 2-1)+G 2 BR p1；
Figure QLYQS_21
；
其中，R eq为整流桥前的等效交流电阻，R min、R max分别为等效交流电阻R eq的最小值和最大值，R p、R s、R p1分别为发射线圈、接收线圈、串联补偿电感的寄生电阻，S表示输出增益比，k表示耦合系数，E表示电压增益，G表示电流增益。
6.一种无线充电系统参数优化设计系统，其特征在于，包括：无线充电系统参数方程构建模块、参数方程求解模块、输出增益比构建模块、整体效率计算模块、基本条件设置模块、约束条件设置模块、最优增益值计算模块；
所述无线充电系统参数方程构建模块用于基于LCC-S补偿拓扑的输出特性分别获得无线充电系统的恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程；
所述LCC-S补偿拓扑包括发送单元和接收单元，发送单元由直流电压源、高频逆变器、原边LCC补偿网络构成，高频逆变器的输入端连接直流电压源，其输出端依次连接串联补偿电感、并联补偿电容、环路补偿电容后接入发射线圈形成原边LCC补偿网络；
接收单元由副边S补偿网络、整流桥、滤波电容和电池负载构成，整流桥的输入端与接收线圈、串联补偿电容构成的副边S补偿网络相连，其输出端并联滤波电容后连接至电池负载；
所述参数方程求解模块用于通过联立求解恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系；
所述输出增益比构建模块用于根据电池的充电指标确定输出增益比，所述输出增益比为电压增益与电流增益的比值，作为恒流-恒压模式切换时的等效交流电阻值；
所述整体效率计算模块用于基于耦合线圈和补偿电感的寄生参数计算恒流-恒压模式下无线充电系统的整体效率；
所述基本条件设置模块用于设置基础效率线作为无线充电系统的基本条件；
所述约束条件用于设置耦合系数作为无线充电系统输出增益的约束条件；
所述最优增益值计算模块用于基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围，在取值范围内选取最小的电流增益、电压增益作为无线充电系统的最优增益值；
基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围，具体表示为：
Figure QLYQS_22
；
其中，η base表示基础效率线，
Figure QLYQS_23
表示无线充电系统的整体效率，R eq为整流桥前的等效交流电阻，R min、R max分别为等效交流电阻R eq的最小值和最大值，k表示耦合系数，k min、k max分别为耦合系数k的最小值和最大值，E表示电压增益，G表示电流增益，S表示输出增益比。
7.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述无线充电系统参数优化设计方法。
8.一种计算机设备，包括处理器和用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现如权利要求1-5任一项所述无线充电系统参数优化设计方法。
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