一种双源无线供电系统参数在线检测和电源协同控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线电能传输技术的应用领域，特别设及一种双源无线供电系统的控 制方法。
【背景技术】
[0002] 当下，磁禪合谐振式无线电能传输技术已经在智能家居、医疗卫生设施、轨道交通 等领域引发了新一轮的变革，摆脱导线的束缚成为了大众共同的期许。
[0003] 但磁禪合谐振式无线电能传输系统中发射线圈与接收线圈之间是通过空气为媒 介进行能量的传输，因此在实际应用中会出现一个问题，即负载端的信息无法及时反馈到 电源侧，那么在接收线圈位置发生变化时，如果电源无法做出相应的调控措施，就无法控制 负载的接收功率和系统的传输效率。一种可行的解决方案是采用无线通讯的方式进行发射 端与接收端之间的信息交互，但此种控制方法不仅增加了系统的控制难度，通讯装置的可 靠性也会受到工作环境的影响。另一方面，传统的单源无线供电系统在供电自由度上受到 了极大的限制，传输功率和效率会随着收发线圈互感的减小而急剧下降。
【发明内容】
[0004] 发明目的：针对上述现有技术，提出一种双源无线供电系统参数在线检测和电源 协同控制方法，实现对传输功率和效率的实时控制。
[0005] 技术方案：一种双源无线供电系统参数在线检测和电源协同控制方法，所述双源 无线供电系统包括两组可调电压源、无线电能传输装置，所述无线电能传输装置包括两个 发射线圈和一个接收线圈，所述接收线圈连接负载并位于两个发射线圈之间，每个发射线 圈连接一组可调电压源；包括如下步骤：
[0006] 步骤1)，在线检测所述两组可调电压源的输出电压和电流，计算出所述接收线圈 分别与两个发射线圈的互感大小Ml, M2,具体为：
[0007] 当两组可调电压源输出电流的相角差5声0°时，
[0008]
[0009] 当两组可调电压源输出电流的相角差5 = 0°时，
[0010]
W11]式中，E =巧S(Ui)-I化）12+〇2 巧6(?)-IzRzHl 阳〇1引其中，Ui,也Ii, 12分别为两组可调电压源输出的电压和电流值，0'巧分别为两组 可调电压源各自输出电压与电流的相角差，Ri, Rz分别为两个发射线圈的内阻，《为无线电 能传输装置工作频率，Zs为接收线圈阻抗，D为II和I2之间的幅值倍数；
[0013] 步骤2)，所述接收线圈输出功率为
，根据负载所需功率P。 的要求，得到满足P。。,=P。时所述两组可调电压源的输出电压组合；其中，RL为负载电阻；
[0014] 步骤3)，遍历所述步骤2)得到的输出电压组合，计算不同输出电压组合下无线电 能传输效率n，选出传输效率n最高的一组作为所述两组可调电压源的最优输出电压；其 中，所述无线电能传输效率n为：
[0015]
[0016] 其中，氏1，Rs2分别为两组可调电压源的内阻，P1。为两组可调电压源输出功率总 和；
[0017] 步骤4)，根据所述步骤3)得到的两组可调电压源的最优输出电压，对两组可调电 压源进行控制。
[001引有益效果：本发明的一种双源无线供电系统参数在线检测和电源协同控制方法， 首先检测两组可调电压源的实际输出电压、电流和电流相位差，算得到收发线圈间的互感 系数；然后，根据负载大小和实际功率需求，对两组可调电压源进行协同控制，同时达到稳 定的功率输出和较高的传输效率的目的；最后，根据传输效率筛选出效率最高的一组作为 实际的电源输出。根据上述控制策略可W得到最优的供电组合，使得负载获得高效且稳定 的能量供给，拓宽了无线供电的范围并实现了对传输功率和效率的实时控制，适用于对工 作稳定性和效率要求较高的移动设备供电。
【附图说明】
[0019] 图1为双源无线供电系统参数在线检测和电源协同控制的结构示意图；
[0020] 图2为双源无线供电系统的等效电路图；
[0021] 图3为满足双源无线供电系统功率方程的电压组合；
[0022] 图4为不同位置处接收线圈的最优供电组合；
[0023] 图5为不同位置处接收线圈最优供电组合所对应的传输效率。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[00巧]如图1所示，双源无线供电系统参数在线检测和电源协同控制方法所基于的系统 包括两组可调电压源、源端电压电流检测及互感计算模块、电源协同控制模块、无线电能传 输装置和负载。无线电能传输装置包括两个发射线圈和一个接收线圈，接收线圈连接负载 并位于两个发射线圈之间，接收线圈的方向不受限制，每个发射线圈连接一组可调电压源， 双无线电能传输装置通过磁禪合谐振的方式实现。
[0026] 无线电能传输装置的等效电路如图2所示，其中Mi为接收线圈Rxl与第一个发射 线圈Txl之间的互感，Mz为接收线圈Rxl与第二个发射线圈Tx2之间的互感，M12为第一个 发射线圈Txl与第二个发射线圈Tx2之间的互感。本实施例中，两组可调电压源的内阻Rd =氏2二50Q，谐振频率f= 480曲Z;两个发射线圈的参数完全相同，其线径al= 0. 001m， 线圈半径rl= 0. 15m，线圈应数NI= 26,两个发射线圈的内阻分别为Ri,R2,两个发射线圈 连接的电容分别为Cl,C2,两个发射线圈的电感分别为Li,Lz;接收线圈的线径曰2二0.001m， 半径r2 = 0.037m，应数N2 = 44,接收线圈的内阻为R3,接收线圈连接的电容为C3,接收线 圈的电感为L3,接收线圈连接的负载电阻为町。
[0027]根据图2,列出KVL方程： 0j妨減，jcoM.-Z3
[002引 巧二与 -jwM，/2 _巧」-jcoM,J[/3_
[0029] 式中，Ui，Ii分别为第一组可调电压源输出的电压和电流值，U 2, I2分别为第二组可 调电压源输出的电压和电流值，《为无线电能传输装置工作频率，Zi, Z2, Zs分别第一个发射 线圈TxU第二个发射线圈Tx2 W及接收线圈Rxl的阻抗，13为接收线圈输出电流值。其中， ? = 2 JT f，Ri= Rz，。= Cz'Ll= Lz'Zi= Rsi+Ri+1/j ?Ci+j ?Li，Z2= Rs2+R2+l/j wCz+j uLz， Z3= R 3+Rl+1/j' U C3+J'W L3。
[0030] 两组可调电压源各自输出电压与电流的相角差分别为0，f:，两组可调电压源输出 电流的相角差S，则两组可调电压源的输出电压表示为：
[0031]
阳0巧其中，参数W，Z3, Ri, Rz, Cl, C2, Li, Lz都是固定不变的，Ui,也Ii, 12, S，巧，妈，Ml,