[发明专利]具有恒压输出特性的双侧LC补偿ECPT系统参数设计方法

说明书

本发明提供了一种具有恒压输出特性的双侧LC补偿ECPT系统参数设计方法，首先构建双侧LC补偿ECPT系统，根据实际应用需求确定功率因数临界值和输出电压范围；接着确定系统工作频率、直流输入电压、耦合单元的等效电容范围和负载电阻范围；然后计算电感比值和电感L₁的临界值；接着根据谐振条件和电感比值k计算参数C₁，L₂和C₂；判断耦合机构在C_s±ΔC_s范围内是否满足功率因数约束条件，如果否，则增大比值k进行调节；然后判定L₂的等效串联电阻是否满足约束条件，如果否，则增大频率f进行调节，最后得到满足条件的系统参数。该系统解决了系统负载和耦合距离在一定范围内发生变化时，系统输出电压不稳定的问题，使得系统在具有恒压输出特性的同时保证较高的功率因数。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种具有恒压输出特性的双侧LC补偿ECPT系统参数设计方法。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术借助磁场、电场、微波等软介质实现电能从电源系统到用电设备的无线传输，彻底摆脱了导体连接的束缚，从而具有灵活、便捷、安全等优点。作为一种电能柔性接入与传输方式，它拥有广阔的的市场前景和科学研究价值，正日益引起各方高度重视。其中，电场耦合式无线电能传输(Electric-fieldCoupled Power Transfer,ECPT)技术采用高频电场作为载体实现电能的无线传输。从目前取得的研究成果可以看出ECPT系统具有以下特性：耦合机构简易轻薄并且形状易变、成本低；在工作状态中电场耦合机构的绝大部分电通量分布于电极之间，对周围环境的电磁干扰很小；尤其是当电场耦合机构之间或周围存在金属导体时，不会引起导体产生涡流损耗。由于具备上述优点，有关ECPT技术在LED、无线鼠标、移动机器人以及电动汽车充电等领域的应用已经取得了一定的研究成果，也吸引了越来越多的国内外专家学者投入到这项新技术的研究之中。

在ECPT系统的工程应用中，有些用电设备需要ECPT系统具有恒压输出特性，尤其是在负载变化和耦合条件变化时能保证输出电压基本恒定。例如电动汽车无线充电系统，要求在耦合机构相对位置发生改变时，输出电压保持稳定；另外负载在随充电过程发生变化时，也需要保持输出电压基本不变。而关于ECPT系统的输出稳压问题，通常的解决方法是通过能量注入控制或附加DC/DC电路控制。然而，这会增加系统复杂度，并且应用存在局限。

发明内容

本申请通过提供一种具有恒压输出特性的双侧LC补偿ECPT系统参数设计方法，以解决ECPT系统负载和耦合极板等效电容发生变化时输出电压不稳定的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

一种具有恒压输出特性的双侧LC补偿ECPT系统参数设计方法，包括如下步骤：