[发明专利]一种无线电能传输方法及其系统

说明书

本发明公开一种无线电能传输方法及其系统，属于无线能量传输领域；高频全桥逆变电路，不需要在电容极板两端并联外接电容，从而形成了强耦合的电容耦合器结构，可以获得恒定电流输出。通过基于L型电路构造的补偿电路，将电容耦合器发射极板电压和接收极板电压之间的相位差设计为90°，无功功率将不会从电容耦合器的发射极板传递到接收极板。因此，电容耦合器发射极板和接收极板上的电压应力可以被最小化。与传统LCLC‑LCLC补偿的电场耦合式无线电能传输系统相比，本发明的电容耦合器不需要在发射极板和接收极板两端并联外接电容来降低补偿电路中的谐振电感大小，形成强耦合系统，且耦合器发射极板和接收极板所承受的电压应力最小。

技术领域

本公开属于无线能量传输领域，具体涉及一种无线电能传输方法及其系统。

背景技术

无线电能传输方式逐渐成为替代传统电缆充电的方法，它具有了安全性，耐用性和灵活性的特点，补偿电路的设计对于改善电场耦合式无线电能传输系统(CapacitiveWireless Power Transfer,CPT)的性能至关重要。电场耦合式无线电能传输系统中的耦合器结构可以分为水平电容耦合器和垂直电容耦合器两种。传统LCLC-LCLC补偿的电场耦合式无线电能传输系统采用的是水平电容耦合器结构，然而水平电容耦合器结构中的自电容通常只有几十皮法，为了减小补偿电感，必须在电容耦合器的两端并联两个外接电容，这会增加系统的复杂程度并导致电容耦合器呈现松耦合的结构。为了减少谐振补偿电路元件的个数，有学者提出了具有垂直电容耦合器结构的LCL-LCL补偿拓扑的电容耦合式无线电能传输系统，通过让两块发射极板和两块接收极板距离分别靠近来增加电容耦合器的自电容，使得该结构不需要并联外部电容，然而，由于两块发射极板之间的距离和两块接收极板之间距离很近，两极板间的电场会很大，空气可能由于高电场的作用而容易击穿。在上述两种电场耦合式无线电能传输系统中，由于水平电容耦合器结构中外部电容器的存在或者垂直电容耦合器结构中自电容很大，它们的耦合系数很小，此外，由于补偿电感与整个电容耦合器谐振，会使得二次侧的阻抗不是纯阻性。因此，无功功率会从一次侧转移到二次侧，这将导致极板上存在更高的电压应力。因此，设计一种具有低电压应力的强耦合电场耦合式无线电能传输系统具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种无线电能传输方法及其系统，解决了现有无线电能传输系统中极板上存在更高的电压应力的问题。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

所述一种无线电能传输方法及其系统包括：高频全桥逆变电路、包含电感L_f1电容C_f1和电感L₁的原边LCL补偿电路、包含两块发射极板P₁、P₂和两块接收极板P₃、P₄的电容耦合器、包含电感L₂电容C_f2和电感L_f2的副边LCL补偿电路、负载电阻R_L，原边LCL补偿电路的左侧与高频全桥逆变电路相连，原边LCL补偿电路的右侧与电容耦合器的两块发射极板相连接，副边LCL补偿电路的左侧与电容耦合器的两块接收极板相连接，副边LCL补偿电路的右侧与负载电阻R_L相连接。高频全桥逆变电路的输入电压为V_dc,高频全桥逆变电路输出电压为V₁。电容耦合器的等效激励电流源模型包含发送极板侧的自电容C₁，接收极板侧的自电容C₂，发射极板侧的激励电流源I_M1，接收极板侧的激励电流源I_M2，其中，I_M1＝-jω₀C_MV_C2,I_M2＝-jω₀C_MV_C1,ω₀为系统的谐振角频率，C_M为电容耦合器的互电容，V_C1和V_C2分别为电容耦合器的发射极板侧的电压与接收极板侧的电压。