CC 型补偿拓扑所需的三个补偿元件电抗及容值。
[0087] 因此补偿系数及其补偿元件选择为：
[0088]
[0089] 根据上面设计参数，分别搭建了CCC原边补偿拓扑，对于CCC型原边补偿拓扑的实 验结果如下。
[0090] 图7为输出电压Vd2随侧向偏移百分比S变化趋势，理论与实验值有一定小的偏 差，但是趋势一致。这种偏差是由于没有考虑逆变桥死区造成的电压利用率，还有实际电路 中的损耗以及管压降。从图中的对比可以说明，前面给出的理论模型已经能很好地反映补 偿拓扑的功率传输特性。在0-40%偏移百分比范围内，输出电压没有明显降低，按照本发明 所提出的设计方法得到的补偿拓扑参数能够满足设定的抗偏移要求。
[0091] 图8为各支路电流随侧向偏移百分比S变化趋势，随着接收线圈的偏离，原边支 路电流Iu会逐渐增大，而副边电流Iu会减小。这种电流变化趋势正反映了原边CCC型补 偿拓扑的功率自动调节能力。当偏移距离增加时，互感耦合系数k减小，副边映射到原边 的映射阻抗4减小，因此需要增大原边电流Iu，以保持恒定的传输功率。当互感耦合系数 k减小到零，即接收线圈完全离开发射线圈时，原边支路电流Iu增大到一定值，不会出现明 显的过冲问题，因此具有空载限流能力，这对于动态无线充电非常有必要。
[0092] 图9为从原边直流源到副边直流输出端的的传输效率随侧向偏移百分比S的变 化趋势，在40 %的偏移范围内均能保持较高效率90 %以上。
[0093] 图10为逆变桥输出电压Vab和电流i的实验波形对比。当线圈正对时，如图 10(a)所示，逆变桥输出电流稍微滞后于输出电压方波，开关时刻电流较小，滞后相位角接 近零为微感性状态。当偏移到最大有效百分比40%时，滞后相位角增加到45°左右，如图 10(b)所示。在到0变化过程中，逆变桥始终处于软开关状态，与理论分析一致。因 此本发明所提出和设计的动态无线充电装置在传输距离变化情况下，能保证传输功率稳定 输出，非常适合传输距离有一定偏移范围而传输功率有一定稳定性要求的无线充电场合。 [0094] 需要说明的是以上所述功率线圈参数为实施例的举例，本发明不仅限于此种功率 线圈。以上所述仅是本发明的优选实施方案，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出进 一步的改进，这些改进也应当视为本发明的保护范围。
[0095] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于动态无线充电的装置，其特征在于，包括能量发射模块（1)和能量接收模 块（2);所述能量发射模块（1)包括依次连接的高频逆变单元（12)、LC滤波单元（13)、第一 补偿单元（14)和功率发射线圈（15); 所述高频逆变单元（12)用于对外部输入的直流电压进行逆变处理并输出高频电压方 波Vab，所述LC滤波单元（13)用于滤除所述高频电压方波Vab中的谐波成分，所述功率发射 线圈（15)用于将经过滤波后的高频电压方波按照高频磁场耦合的方式进行发射；所述第 一补偿单元（14)用于对所述功率发射线圈（15)的电流进行调节，减小传输功率随偏移距 离的波动； 所述能量接收模块（2)包括依次连接的功率接收线圈（21)、第二补偿单元（22)和不控 整流单元（23); 所述功率接收线圈（21)用于接收所述功率发射线圈（15)发射的功率；所述第二补偿 单元（22)用于补偿所述功率接收线圈（21)的漏感，使得所述功率发射线圈（15)与所述功 率接收线圈（21)之间只传递有功功率；所述不控整流单元（23)用于将接收的高频交流电 整流为直流，并供给负载。2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一补偿单元（14)包括第一补偿电容、 第二补偿电容和第三补偿电容； 所述第一补偿电容和第三补偿电容串联连接，所述第一补偿电容的非串联端与所述LC 滤波单元（13)的输出端连接，所述第三补偿电容的非串联端用于连接至所述功率发射线 圈（15)的一端； 所述第二补偿电容的一端与所述第一补偿电容和第三补偿电容的串联连接端连接，所 述第二补偿电容的另一端用于连接至所述功率发射线圈（15)的另一端。3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一补偿电容、第二补偿电容和第三补 偿电容的容值分别为Caill = 1/ [ I ZI X (2 π f。)];电抗值分别为：其中，i为补偿电容的序号，i = 1、2、3 ;f。为系统工作频率；γ i为第一补偿系数、κ为第二 补偿系数，β为补偿比例系数，Zu为功率发射线圈的电抗，Zaill为第一补偿电容的电抗值， Zail2为第二补偿电容的电抗值，Z为第三补偿电容的电抗值。4. 如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述第一补偿电容、第二补偿电容 和第三补偿电容为薄膜电容或功率陶瓷电容。5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二补偿单元（22)包括与所述功率接 收线圈串联的电容C2。6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二补偿单元（22)的共振频率与所述 高频逆变单元（12)的逆变频率相等。7. -种用于动态无线充电的装置的参数获取方法，其特征在于，包括下述步骤： (1)根据耦合系数k的变化范围[k_，k_]获得耦合系数设定值(2) 利用传输效率最优原则，并根据所述耦合系数设定值kMt获得副边带载Q 1￡^值和最优负载(3) 利用功率波动最小原则，并根据所述耦合系数设定值kMt获得补偿比例系数β与 第一补偿系数γ:的关系并获得在所述耦合系数设定值kMt和额定负载条件 下的传输功率'； (4) 根据传输功率.以及在所述耦合系数设定值kset上已知的传 输功率容量Ptran获得第一补偿系数；并根据所述第一补偿系数获得补 偿比例系数β = Y1ZX3f3t-I ; (5) 根据逆变桥ZVS软开关的要求获得第二补偿系数κ ; (6) 根据所述第一补偿系数Y1、所述第二补偿系数κ和所述补偿比例系数β获得三 个补偿电容的电抗及容值其中，i为 补偿电容的序号，i = 1、2、3 ;f。为系统工作频率；Zu为功率发射线圈的电抗；Z ^为第一补 偿电容的电抗值；Zail2为第二补偿电容的电抗值；Zail3为第三补偿电容的电抗值。8. 如权利要求7所述的参数获取方法，其特征在于，在步骤（5)中，获得第二补偿系数 κ的步骤具体为： 获得k = kMt时，输入阻抗Zin的相角随所述第二补偿系数κ的变化曲线，并在所述曲 线上寻找使得Zin(kMt)的相角接近零的点，该点对应的κ值即为所述第二补偿系数κ ; 其中，Zu为功率发射线圈的电抗；Zaill为第一补偿电容 的电抗值；Zail2为第二补偿电容的电抗值；κ为第二补偿系数，表示含Z u支路的补偿程度； Zi= (ωΜ) Vz2为副边映射到原边的映射阻抗，表示副边对原边的影响；z 2为包含了等效负 载的副边串联回路的支路阻抗。9. 如权利要求7或8所述的参数获取方法，其特征在于，所述第二补偿单元（22)的共 振频率与所述高频逆变单元（12)的逆变频率相等。10. 如权利要求7或8所述的参数获取方法，其特征在于，所述LC滤波单元（13)的共 振频率与所述高频逆变单元（12)的逆变频率相等。
【专利摘要】本发明公开了一种用于动态无线充电的装置及其参数获取方法，包括能量发射模块和能量接收模块；能量发射模块包括依次连接的高频逆变单元、LC滤波单元、第一补偿单元和功率发射线圈；高频逆变单元将直流源转换为高频交流电，经过LC滤波和第一补偿单元的调节后，以高频磁场耦合方式发射能量；能量接收模块包括依次连接的功率接收线圈、第二补偿单元和不控整流单元，将接收的高频交流电转换为直流供给负载。本发明能够根据功率线圈的互感耦合程度自动地调节原边功率线圈电流，从而获得保持稳定输出功率的特性，适用于宽偏移的动态无线充电应用场合，同时还具有高传输效率和软开关特性。另外补偿拓扑还使得原边逆变电源具有空载限流保护功能。
【IPC分类】H02J7/02
【公开号】CN105186646
【申请号】CN201510653851
【发明人】段善旭, 赵锦波, 蔡涛, 丰昊, 张晓明
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年10月12日