采用电压比控制的双向无线电能传输系统效率提升方法
【专利摘要】本发明公开了一种通过控制两侧电压比来提升双向无线电能传输系统效率的方法。该方法具备在电动汽车与电网之间或者电动汽车之间进行无线能量互动时，根据两侧谐振线圈的参数，并以某一侧的电压为基准，调节另一侧电压，以使得电能在两侧能够高效流动。该方法不仅适用于参数对称的双向无线电能传输系统，同时也适用非对称双向无线电能传输系统。
【专利说明】
采用电压比控制的双向无线电能传输系统效率提升方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种双向无线电能传输系统能量流动效率提升的方法，适用于需要实 现能量双向互动的无线电能传输领域，如无线V2G，无线V2H等应用场合。
【背景技术】
[0002] 在双向无线电能传输领域，如何实现能量高效地在两侧之间进行互动值得研究。 目前为了相对提高能量的传输效率，系统的谐振频率设置的比较高，线圈绕制的材料采用 Litz线等方式，所述的运些提升效率的方法无疑带来了较高的技术成本和经济成本。随着 电动汽车的规模化发展，电动汽车电池容量不免会成为电网的热备用，向电网馈电；同时在 电网用电低谷时，电动汽车集中充电提高电网整体用电量，维持全电网的稳定运行。但是， 就电动汽车与电网之间或者电动汽车与电动汽车之间进行能量无线互动时，还未出现一种 简单易行的效率提升方法。
【发明内容】
[0003] 发明目的：为了克服现有方案的不足，本发明提出了采用电压比控制的双向无线 电能传输系统效率提升方法，该方法具备在电动汽车与电网之间或者电动汽车之间进行无 线能量互动时，根据两侧谐振线圈的参数，并W某一侧的电压为基准，调节另一侧电压，W 使得电能在两侧能够高效流动。该方法不仅适用于参数对称的双向无线电能传输系统，同 时也适用非对称双向无线电能传输系统。
[0004] 技术方案:为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[000引一种双向无线电能传输系统，包括Al侧和A2侧；
[0006] 所述Al侧包括电池1，单相全桥变换器1，串联滤波线圈Lm及其内阻Rm,谐振线圈Lp 及其内阻Rp，谐振电谷Cl,问时Lm二Lp二1^1, Rm二Rp二Ri;
[0007] 所述A2侧包括电池2,单相全桥变换器2,串联滤波线圈Ln及其内阻Rn,谐振线圈Ls 及其内阻Rs，谐振电容C2，同时Ln = Ls = L2，Rn = Rs =化；
[000引所述Al侧的谐振线圈Lp与A2侧的谐振线圈Ls相互禪合，两者之间的互感为M;Ai侧单 相全桥变换器1的出口电压为Up，A2侧单相全桥变换器2的出口电压为Us，两变换器的开关角 频率一致，均为O，该角频率同时与谐振器的角频率一致，即：
[0009] O =l/sq;rt(XiCi) = l/sq;rt(X2C2)。
[0010] 本发明还提供一种采用电压比控制双向无线电能传输系统效率提升方法，具体如 下：
[0011] 当能量W无线方式从Al侧流动至A2侧时，保持电压相量Up的相位超前电压相量Us 的相位90%当能量W无线方式从A2侧流动至Al侧时，保持电压相量Up的相位滞后电压相量 Us的相位90% W使得系统不产生无功；
[001^ 在心侧与A2侧的谐振器参数完全一致时，即Li = L2，Ri = R2时，在能量于两侧间进行 无线传输时，始终保持Up = Us，即UsAJp = 1，W使得能量传输的效率最高;在Al侧与A2侧的谐 振参数不一致时，旨化I声L2，Ri声R2时，设^/L2 = S2,那么在能量于两侧间进行无线传输时， 保持Us/Up = g(S)，W使得能量传输的效率最高;其中：
[0013]
[0014] 其中：g(S)为关于S 的函数，Ai= O 6Ci2c2 2m2r2+ O 4Ci2c22RiR22+ O 2ci2ri ,人3= O 6Ci2C22M2Ri+?化12C22Ri 2R2+?2C22R2,化为A2侧线圈的品质因数，k为Al侧和A2侧线圈的禪合因 数。
[0015] 有益效果：一方面，无论能量从Al侧无线流动至A2侧或从A2侧无线流动至Al侧，通 过控制两侧电压的比值，能量均能W最大效率进行流动；另一方面，无论Al侧和A2侧谐振腔 的参数是否相同，合理的电压比控制仍然能够使得能量W最大效率进行流动。
【附图说明】
[0016] 图1为双向无线电能传输系统原理图
[0017] 图2为双向无线电能传输系统等效电路图
[0018] 图3为双向无线电能传输系统效率曲线
[0019] 图4为双向无线电能传输电压比与线圈参数关系曲线图
[0020] 图5为双向无线电能传输系统在不同线圈参数下效率与电压比关系图
【具体实施方式】
[0021 ]下面结合附图对本发明作更进一步的说明：
[0022] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面结合
【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0023] 配置双向无线电能传输系统如附图1所示，Al侧包括电池1，单相全桥变换器1，串 联滤波线圈Lm及其内阻Rm,谐振线圈Lp及其内阻Rp ,谐振电谷Cl,问时Lm = Lp = b , Rm = Rp = Rl; A2侧包括电池2,单相全桥变换器2,串联滤波线圈Ln及其内阻Rn,谐振线圈Ls及其内阻Rs，谐 振电容C2，同时Ln = Ls = L2，Rn = Rs = R2。另外，Al侧的谐振线圈Lp与A2侧的谐振线圈Ls相互禪 合，两者之间的互感为M，M=k ? sqrta止2)，k是两谐振线圈的禪合系数。Al侧单相全桥变换 器的出口电压为Up,A2侧单相全桥变换器的出口电压为Us,两变换器的开关角频率一致，均 为W，该角频率同时与谐振器的角频率一致，即W =l/sqd^iCi) = l/sq;rt(L2C2)。
[0024] 在能量W无线方式在两侧进行传输时，如Ai^A2时，保持Al侧单相全桥变换器的出 口电压Up相量的相角超前A2侧单相全桥变换器的出口电压Us相量的相角90%如As^Ai，保持 Up相角滞后Us相角90°。
[002引根据附图2，并假设O = Us/Up，因此，当能量从A麻动至A2时，
[0026]
'
[0027] 相应地，=
时，系统能够取得最大效率，最大效率为
[002引当能量从A2流动至Al时，
[0029]
[0030] 相应地，自
系统能够取得最大效率，最大效率为
已
[003。 其中：为当能量从Al流动至A2时的系统效率，Ai= ?6Ci2C22M2R2+w4Ci 2C22RiR22+ ?2打嗦1人2 = O 化1C2M，A3 = O6打 2Cs2M2Ri+ ? 化I2Cs2Ri2^+ ? 2C22R2，Of-OPt 为当能量从Al 流动至 A2 时最优电压比，rUnv为当能量从A2流动至Al时的系统效率，Oi-OPt为当能量从A2流动至Al时最 优电压比。
[0032] 同时，由于；
[0033]
[0034] 其值在线圈Q值较高时较大，故，可近似认为
，相应地， ,
, ，因此，
[0035]
[0036] 其中，Al = O 化i2C22m2R2+ ? 化i2C22R巧22+ O 化i2Ri，A2 = ? 化1C2M，A3 = O 6Ci2c22m2Ri+ CO化i2C22Ri2R2+?2C22R2。其中：k为Al侧和A2侧线圈的禪合因数，化为Al侧线圈的品质因数，Q2 为A2侧线圈的品质因数。
[0037] 当两侧线圈参数一致时，存在Al = A3，因此，当0 = Us/Up = 1时，系统能够W最大效 率进行能量互动。
[0038] 当两侧线圈参数不一致时，假设
相应地有，
[0039]
[0040] 因此，将两侧的电压比配置成〇 = Us/Up = g(S)时，系统仍能W最大效率进行能量互 动。
[0041] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种双向无线电能传输系统，其特征在于:包括Ai侧和A2侧； 所述Al侧包括电池1，单相全桥变换器1，串联滤波线圈Lm及其内阻Rm，谐振线圈Lp及其内 阻Rp ,谐振电谷Cl,问时Lm二Lp二1^1, Rm二Rp二化； 所述A2侧包括电池2,单相全桥变换器2,串联滤波线圈Ln及其内阻Rn，谐振线圈Ls及其内 阻Rs，谐振电容〇2,同时Ln = Ls = L2，Rn = Rs = I?2; 所述Al侧的谐振线圈Lp与A2侧的谐振线圈Ls相互禪合，两者之间的互感为M;Ai侧单相全 桥变换器1的出口电压为Up，A2侧单相全桥变换器2的出口电压为Us，两变换器的开关角频率 一致，均为ω，该角频率同时与谐振器的角频率一致，即： ω = l/sqrt(LiCi) = l/sqrt(L2C2) D2. -种采用电压比控制权利要求1所述双向无线电能传输系统效率提升方法，其特征 在于:具体如下： 当能量W无线方式从Al侧流动至A2侧时，保持电压相量Up的相位超前电压相量Us的相位 90%当能量W无线方式从A2侧流动至Al侧时，保持电压相量Up的相位滞后电压相量Us的相 位90°，W使得系统不产生无功； 在Al侧与A2侧的谐振器参数完全一致时，即^ = L2瓜=R2时，在能量于两侧间进行无线 传输时，始终保持Up = Us，即Us/Up=l，W使得能量传输的效率最高;在Al侧与A2侧的谐振参 数不一致时，即^^L2，Ri声R2时，设^/L2 = S2,那么在能量于两侧间进行无线传输时，保持 Us/Up = g(S)，W使得能量传输的效率最高;其中：其中：g(δ)为关于δ的函数，λι = ω 6Ci2C22M2I?2+ ω 化化22虹化2+ ω 2Ci2Ri，λ3 = ω 6打化22M2Ri+ ω化i2C22Ri2^+ ω ^2嗦2，化为A2侧线圈的品质因数，k为Al侧和A2侧线圈的禪合因数。
【文档编号】H02J50/12GK105978170SQ201610388624
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】谭林林, 颜长鑫, 黄学良, 王维, 刘瀚, 郭金鹏
【申请人】东南大学