[发明专利]一种无线充电系统参数优化设计方法、系统、设备及介质

说明书

本发明公开了一种无线充电系统参数优化设计方法、系统、设备及介质，该方法步骤包括：获得无线充电系统的恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程并求解，构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系；确定输出增益比；基于耦合线圈和补偿电感的寄生参数计算恒流‑恒压模式下整体效率；设置基础效率线为基本条件，设置耦合系数作为系统输出增益的约束条件，基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围，选取最小的电流增益、电压增益作为系统的最优增益值。本发明实现在变负载条件下的恒流‑恒压模式高效输出，同时简化系统参数设计步骤，且对不同的电池充电指标均具有可行性。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种无线充电系统参数优化设计方法、系统、设备及介质。

背景技术

无线电能传输技术以电磁场为媒介，可实现能量从电源到负载的无接触传输，因其安全、灵活、适应性强，在电池充电领域前景广阔。为了延长电池的使用寿命和充放电次数，以锂电池为主的储能电池充电主要采用恒流和恒压两阶段充电的方式。

为实现无线充电系统的恒流-恒压高效输出，部分研究利用SS补偿拓扑等低阶拓扑结构，通过合理的参数设计，可分别实现在不同工作频率下系统恒流和恒压输出，但其在两种工作模式下不能同时满足输入阻抗均为纯阻性的条件，造成整体充电效率低下；另外，有研究基于DLCC补偿拓扑，推导其传输特性，实现了系统输入阻抗为纯阻性的恒流-恒压输出，避免了无功损耗，有利于系统高效输出，但该补偿拓扑阶数高，网络元件众多，不利于接收侧的紧凑性设计，且在参数设计和优化过程较为复杂；除单一拓扑外，有研究通过混合拓扑、或改变电路拓扑结构及补偿参数的方式，改变系统输出特性，这两种方法均可以实现恒流-恒压两种模式的输出，但这两种方式需要额外的补偿元件、交流开关和相应驱动电路，增加了系统复杂性和功率损耗。因此，如何保证在变负载条件下的恒流-恒压模式高效输出，同时简化系统参数设计步骤是设计环节的重点。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种无线充电系统参数优化设计方法，本发明实现了在变负载条件下的恒流-恒压模式高效输出，同时简化了系统参数设计步骤，且对不同的电池充电指标均具有可行性。

本发明的第二目的在于提供一种无线充电系统参数优化设计系统；

本发明的第三目的在于提供一种计算机可读存储介质；

本发明的第四目的在于提供一种计算机设备。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种无线充电系统参数优化设计方法，包括下述步骤：

基于LCC-S补偿拓扑的输出特性分别获得无线充电系统的恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，通过联立求解恒流方程、电流增益方程、恒压方程、电压增益方程，构建电流增益、电压增益与无线充电系统参数之间的定量关系；

根据电池的充电指标确定输出增益比，所述输出增益比为电压增益与电流增益的比值，作为恒流-恒压模式切换时的等效交流电阻值；

基于耦合线圈和补偿电感的寄生参数计算恒流-恒压模式下无线充电系统的整体效率；

设置基础效率线作为无线充电系统的基本条件，设置耦合系数作为无线充电系统输出增益的约束条件，基于基本条件、约束条件和输出增益比计算电压增益、电流增益的取值范围，在取值范围内选取最小的电流增益、电压增益作为无线充电系统的最优增益值。

作为优选的技术方案，所述LCC-S补偿拓扑包括发送单元和接收单元，发送单元由直流电压源、高频逆变器、原边LCC补偿网络构成，高频逆变器的输入端连接直流电压源，其输出端依次连接串联补偿电感、并联补偿电容、环路补偿电容后接入发射线圈形成原边LCC补偿网络；