[发明专利]一种电动汽车无线电能传输系统优化设计方法

权利要求书

1.一种电动汽车无线电能传输系统优化设计方法，其特征在于：

具体包括如下步骤：

步骤一、确定用于无线电能传输的原副线圈尺寸、大小以及匝数；

步骤二、依据线圈的尺寸、大小以及匝数信息，确定原副线圈之间的气隙长度；

步骤三、在给定线圈的尺寸、气隙的情况下，测量两个线圈的电感大小L₁、L₂以及两个线圈之间的互感系数M；

步骤四、在0-200kHz的范围内，选取LCC拓补的L_1p、L_1s、C_1p、C_2p、C_1s、C_2s的值；其中L_1p、L_1s分别为原副边LCC拓补的串联电感，C_1p、C_1s分别为原副边LCC拓补的串联电容，C_2p、C_2s分别为原副边LCC拓补的并联电容；LCC拓补恒流输出角频率点ω_CC满足：

其中原边与副边的LCC拓补参数应保持一致：

对于恒压输出角频率ω_CV而言，电路参数应该满足：

其中

通过上述计算，在确定LCC拓补各元器件值时提供大致参考，确保所选择LCC拓补能够让电路的两个频率点落在20-200KHz区间内；

步骤五、确定恒流、恒压输出角频率的大小；用方波逆变器激励初级LCC拓补，在次级线圈接一个70欧姆的纯阻性负载；将示波器一个通道接到负载两端观察负载两端的波形；从0开始增加逆变器的频率，当看到负载两端的电压相较于电源电压增益大于1dB时，记录此时频率大小；继续增加逆变器的频率，直到第二个频率点的出现；第一个角频率点为ω_CC，为恒流充电角频率点，第二个角频率点为ω_CV，为恒压充电角频率点；如果所得到的两个频率点不处于20-200kHz频率范围内，改变步骤四内LCC拓补的各个参数值，再重复步骤五，直到ω_CC、ω_CV大小满足设计要求为止；

在原线圈旁边等效出来的次级线圈的阻抗表示为：

其中R_AC为负载交流等效阻抗；随着充电电压的升高，锂电池的等效负载也会随之增大；通过阻抗表示能够得出：接收端等效在初级线圈旁的阻抗也将增大，必然导致初级线圈的电流下降，从而使激发的磁场减小；

步骤六、设计与安装小线圈接收电路；将一个小线圈安装在初级发射线圈的旁边，并给线圈并联一个电容，使线圈与电容的谐振频率处于ω_CC处；同时添加切换开关，用于实现小线圈LC电路谐振频率的切换，使其也能够拾取频率为ω_CV的信号；随后，将LC谐振回路输出的电压进行整流、滤波、运算后提供给下一级电路；将设计好的线圈固定在初级线圈的同一平面上，固定的位置应该满足初级线圈与小线圈之间的耦合系数位于0.05-0.08之间；

步骤七、设定频率切换阈值电压；在小线圈内激发的电流大小只跟初级线圈两端的电压大小有关，而线圈两端的电压大小将随着负载的增加而增加；在小线圈内激发的电流大小可以作为表征初级电压大小的依据，又由于初级电压的大小是与负载电阻相关的，所以初级线圈两端地电压大小能够表征次级负载大小；根据锂电池的电气特征，设定跳变沿产生时机所处电压的阈值大小；

步骤八、设计单片机控制系统；单片机系统用于接收步骤七设计的小线圈电路输出的跳变沿，并根据跳变沿改变发射频率。