[发明专利]一种对锂电池充电的无线充电系统及其效率优化方法

说明书

本发明公开了一种对锂电池充电的无线充电系统及其效率优化方法，系统主电路包括高频逆变电路、无线电能传输系统发射端、无线电能传输系统接收端、整流电路和阻抗匹配电路。并基于新型开关管材料和软开关技术对逆变电路进行效率优化，基于补偿网络拓扑分析提出多目标优化算法对其进行效率优化，基于阻抗匹配技术提出负载最优效率跟踪。本发明可以实现为大功率锂电池进行充电，且可以有效提高无线电能传输系统的效率。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种对锂电池充电的无线充电系统及其效率优化方法。

背景技术

无线电能传输技术是目前比较新型的电能传输技术之一，可通过空气等媒介，避开电缆线的直接物理连接实现能量的有效传递，依托感应、磁耦合谐振、微波等技术可实现传输距离为几厘米至几米，传输功率几瓦至几十千瓦，同时也具备了供电方式灵活，绿色环保、无接触电火花、充电过程中无人工插拔操作、无机构磨损等一系列优点。

电动汽车比传统汽车更加绿色环保，引起了广泛的关注。而能够为电动汽车锂电池提供大功率且高效地充电成为该问题的研究热点之一。针对现有的对锂电池充电的无线电能传输技术而言，其多采用S-S型低阶拓扑，虽然该系统稳定可靠，但只能为小功率的电池充电。而且由于锂电池随着充电量不同，电阻呈现非线性变化，使得系统的传输效率往往不能最优。所以设计适用于为电动汽车锂电池供电的大功率、高效率无线电能传输系统是亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种对锂电池充电的无线充电系统及其效率优化方法，用于实现对大功率锂电池进行高效的无线供电。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种对锂电池充电的无线充电系统，包括高频逆变电路、无线电能传输系统发射端、无线电能传输系统接收端、不控整流电路和阻抗匹配电路；所述高频逆变电路的两个电能输出端与所述的无线电能传输系统发射端的电能输入端相连；所述的无线电能传输系统发射端包括LCC型补偿网络拓扑和无线电能传输系统发射线圈；所述的无线电能传输发射端与无线电能传输系统接收端为电气隔离，存在磁耦合感应；所述无线电能传输接收端包括无线电能接收线圈和S型补偿网络拓扑；所述无线电能传输接收端的两个电能输出端与不控整流电路的电能输入端相连；所述的不控整流电路的电能输出端与阻抗匹配电路的电能输入端相连。

进一步地，所述的高频逆变电路为电压型全桥逆变电路，包括四个SiC-MOSFET开关管和四个不控型二极管，SiC-MOSFET开关管与不控型二极管反向并联。

进一步地，所述无线电能传输系统发射端的LCC补偿网络拓扑包括发射侧补偿电感L_p1与补偿电容C_P、C_P1；所述无线电能传输系统发射线圈由利兹线绕制而成，其电感为L_P，寄生内阻为R_P。

进一步地，所述无线电能传输接收端的S型补偿网络拓扑包括补偿电容C_S；所述无线电能传输系统接收线圈由利兹线绕制而成，其电感为L_S，寄生电阻为R_S；

进一步地，所述不控整流电路为单相桥式不控整流电路，包括4个不可控二极管和稳压电容。

进一步地，所述阻抗匹配电路包括DC-DC变换器，为BUCK-BOOST电路，开关管采用SiC-MOSFET开关管，其输出端与锂电池负载连接，为锂电池供电。

上述对锂电池充电的无线充电系统的效率优化方法，该方法包括如下步骤：

(1)对于高频逆变电路，开关管器件采用软开关启动，以降低开关产生的通断损耗和承受的电压/电流应力；

(2)对于包括发射/接收线圈和补偿网络拓扑的磁耦合机构，效率优化设计又包括如下步骤：