[发明专利]基于LCC-S型补偿多负载感应式电能传输分析方法

权利要求书

1.一种基于LCC-S型补偿多负载感应式电能传输分析方法，其特征在于，包括：

对基于LCC-S型补偿的多负载IPT系统进行互感模型的建模；其中，LCC-S型补偿网络可以实现在系统完全谐振的条件下原边线圈电流与负载无关的特性，同时LCC-S型补偿还具有输入阻抗角为零、输出电压增益与负载无关的特性；

基于所述建模，获得所述多负载IPT系统的各传输特性参数的定量表达式；

基于所述定量表达式，获得所述多负载IPT系统的传输效率和多负载极值；

其中，所述对基于LCC-S型补偿的多负载IPT系统进行互感模型的建模，包括：

根据互感模型，对基于LCC-S型多负载IPT系统建立等效电路；

所述等效电路中，等效输出基波电压Uin的一端依次通过寄生电阻rp1、补偿线圈Lp1与电容Cp1的一端连接，所述等效输出基波电压Uin的另一端与电容Cp1的另一端连接；电容Cp1的一端依次通过反射阻抗Z121-Z12n与电能供给侧发射线圈Lp的一端连接，电容Cp1的另一端依次通过电容Cp、原边发射线圈的寄生电阻rp与电能供给侧发射线圈Lp的另一端连接；接收端的感应电动势Uocn的一端通过副边接收线圈Lsn与电容Csn的一端连接，所述接收端的感应电动势Uocn的另一端依次通过副边接收线圈的寄生电阻rsn、接收电路后级的等效电路负载RLn与电容Csn的另一端连接，n为自然数；

其中，基于所述定量表达式，获得所述多负载IPT系统的传输效率和多负载极值之后，还包括：

通过选取参数数据，基于所述传输效率和多负载极值获取不同负载个数n下的传输效率与松耦合变压器互感值M之间的第一关系图，以及传输效率与负载阻值RL之间的第二关系图；

所述第一关系图和所述第二关系图中，随着所述负载个数n的增加，最大传输效率先快速减小，随后减小速率变慢，最后趋于稳定；当传输效率取最大值时的各极值点，所述松耦合变压器互感M和所述负载阻值RL随着所述负载个数n的增加而变化；

其中，令得到：

式中，H为传输效率的倒数；进一步求导数可得，满足上式的M是函数H的极小值点，即是效率极大值点，此时效率最大；同时，借助数值计算软件可以得到，函数H关于负载阻值RL有极小值，这表明当负载RL选取一定的阻值时，系统传输效率最大，并且这个负载阻值RL的选取是关于负载个数n的函数；rp1是补偿线圈Lp1的寄生电阻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对基于LCC-S型补偿的多负载IPT系统进行互感模型的建模之后，还包括：

基于LCC-S型补偿的多负载IPT系统的进行研究，通过对多负载IPT系统的建模，得到系统输入阻抗的表达式；

系统输入阻抗Zin、反射阻抗Z12i和各电能接收端的阻抗Z2i由下式得出：

式中，r_si为副边接收线圈的寄生电阻，R_Li为接收电路后级的等效电路负载，ω为逆变器输出电压的角频率，M_i为松耦合变压器互感，U_in为前端逆变器的等效输出基波电压，I_in为输入电流，其中，i为0～n的正整数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对基于LCC-S型补偿的多负载IPT系统进行互感模型的建模之后，还包括：

对系统的输入阻抗与接收端负载个数n之间的关系进行推导，分析不同接收端个数下，输入阻抗角与失谐因数λ的关系；LCC-S型补偿的多负载IPT系统比单负载系统更容易实现全工作范围的ZVS条件，且能够减小负载阻值RL的影响；

得到电能接收端参数相同时，即副边参数一致的多负载IPT系统的输入阻抗的表达式，如下所示：

其中，n代表取电器数量，n＝1,2,3....。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：获取不同接收端个数下，输入阻抗角与失谐因数λ的关系，无论负载个数n取任意值，当λ＝1时，即在理想参数下，工作于完全谐振频率条件下的全补偿LCC-S型拓扑均为纯阻性，且与互感值和负载同时解耦；当λ1时，即在非理想参数情况下，在保证弱感性的前提下，负载个数n越多，输入阻抗角越接近于0。