一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法

本发明涉及无线电能传输领域，特别是一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法。

背景技术：

1、无线电能传输wpt系统中估计负载电阻的方法主要包括：电流相位检测法：该方法通过测量传输线圈的电流相位差异来估计负载电阻。电流相位随着负载电阻的变化而变化，因此可以通过检测相位差异来推断负载电阻的变化。电压测量法：通过测量传输线圈上的电压，特别是在变压器的输出端，可以估计负载电阻。这种方法通常利用传统的电压测量设备进行实现。功率传输效率法：该方法通过监测wpt系统的功率传输效率来间接推断负载电阻的变化。当负载电阻发生变化时，功率传输效率也会受到影响。

2、但是这些方法都存在一些不足：例如：对环境和外部条件的敏感性，外部环境和条件的变化(如温度、湿度等)可能导致这些估计方法的准确性下降，特别是在复杂的电磁环境中，容易受到干扰。对负载变化的响应速度较慢。有些方法对负载电阻的变化响应速度相对较慢，尤其是在高频率的wpt系统中，快速变化的负载可能无法被及时准确地估计。依赖于额外的传感器，一些方法可能需要额外的传感器来进行电流、电压等参数的测量，增加了系统的复杂性和成本。

3、由于wpt系统常常工作在复杂的环境中，外部条件的变化和不确定性会影响传感器测量的准确性，从而降低了估计方法的性能。在高频率下，电磁波的传播特性会受到电磁波在空间中传播的影响，导致测量结果的不稳定性。并且一些wpt系统的设计可能没有考虑到负载变化对于系统性能的影响，导致在实际应用中存在一些固有的不足。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法。用于解决现有技术中无线电能传输wpt系统的负载电阻估算精度低测量结果不稳定的技术问题。

2、一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法，包括以下步骤：

3、s1：构建双发射单接收无线充电系统的阻抗方程以及系统约束条件，并通过系统约束条件对系统阻抗方程进行优化；

4、s2：基于优化后的阻抗方程，计算系统两个原边补偿电感上电流的有效值ir1和ir2与负载电阻rl的数学关系；

5、s3：采集系统两个原边补偿电感上电流的有效值ir1和ir2，并计算负载电阻rl。

6、作为优选，步骤s1中根据基尔霍夫电压电流定律，构建双发射单接收无线充电系统的阻抗方程为：

7、

8、式中，lr1、l1和lr2、l2分别为系统两个原边线圈的自感，l3为系统副边线圈的自感，cr1、c1和cr2、c2分别为系统两个原边线圈的补偿电容，c3为系统副边线圈的补偿电容，m13、m23分别为两个原边线圈与副边线圈之间的互感，m12为两个原边线圈之间的互感，rr1、r1和rr2、r2分别为系统两个原边线圈的互感的等效内阻，r3为系统副边线圈的等效内阻，r0为系统整流桥的等效输入阻抗，与分别为系统两个原边线圈的交流输入电压，和分别为系统两个原边线圈电感上的电流有效值，为系统副边线圈电感上的电流有效值，j为虚数单位，ω为系统运行的角频率。

9、作为优选，步骤s1中构建双发射单接收无线充电系统约束条件的方法为：

10、设双发射单接收无线充电系统的参数完全配谐，即系统参数满足如下的等式约束条件：

11、

12、作为优选，步骤s1中通过系统约束条件对系统阻抗方程进行优化的具体方法为：

13、将双发射单接收无线充电系统的阻抗方程为：

14、

15、由系统参数的等式约束条件可得：

16、

17、将系统参数的等式约束条件系统简化后的阻抗方程中，可得：

18、

19、作为优选，步骤s2中计算系统两个原边补偿电感上电流的有效值ir1和ir2与负载电阻rl的数学关系的具体方法为：

20、基于优化后的阻抗方程，计算系统中各个电流的表达式为：

21、

22、由系统中各个电流的表达式两个原边补偿电感上电流的有效值ir1和ir2为：

23、

24、式中，r0为系统整流桥的等效输入阻抗ro＝8rl/π2，rl为系统负载电阻rl。

25、作为优选，根据步骤s2中计算的系统中各个电流的表达式，可得系统输出电压的表达式为：

26、

27、由式(7)可知，系统的输出电压与负载阻值以及发射端之间的耦合互感无关，系统输出电压通过调节比例因子k1、k2进行控制；

28、当系统采用移相控制时，则：

29、

30、式中：edc为系统的直流输入电压；

31、通过采用移相控制时的等效输入电压，将两个原边补偿电感上电流的有效值ir1和ir2表达式简化为：

32、

33、式中：

34、

35、由两个原边补偿电感上电流的有效值ir1和ir2简化表达式可得：

36、

37、作为优选，步骤s3中计算负载电阻rl估计式为：

38、

39、式中，m∈[0,1]为加权因子，μc为补偿系数。

40、作为优选，所述双发射单接收无线充电系统包括两个对称设置的lcc谐振网络和一个ss谐振网络，两个对称设置的所述lcc谐振网络分别为系统的两个原边线圈，所述ss谐振网络为系统的副边线圈。

41、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

42、1、本申请采用双发射无线电能传输系统来估计负载电阻，用到了两个原边补偿电感上电流的有效值ir1和ir2，估计出系统负载的阻值，具有更好的精度，大大提升了容错率。

43、2、本申请所述的等效电阻估算方法在一个原边电路出现问题时，通过利用另一个正常的原边电路，系统仍然能够正常估计出系统负载的阻值，大大提高了系统的冗余度；并且对于一个双发射单接收的无线电能传输系统，两个原边补偿电感上电流的有效值ir1和ir2分别估计出的负载电阻可以相互验证，提升了系统的容错率，也方便了技术人员对估计结果的检测。

44、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

技术特征：

1.一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法，其特征在于，步骤s1中根据基尔霍夫电压电流定律，构建双发射单接收无线充电系统的阻抗方程为：

3.如权利要求2所述的一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法，其特征在于，步骤s1中构建双发射单接收无线充电系统约束条件的方法为：

4.如权利要求3所述的一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法，其特征在于，步骤s1中通过系统约束条件对系统阻抗方程进行优化的具体方法为：

5.如权利要求4所述的一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法，其特征在于，步骤s2中计算系统两个原边补偿电感上电流的有效值ir1和ir2与负载电阻rl的数学关系的具体方法为：

6.如权利要求5所述的一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法，其特征在于，根据步骤s2中计算的系统中各个电流的表达式，可得系统输出电压的表达式为：

7.如权利要求6所述的一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法，其特征在于，步骤s3中计算负载电阻rl估计式为：

8.如权利要求1所述的一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法，其特征在于，所述双发射单接收无线充电系统包括两个对称设置的lcc谐振网络和一个ss谐振网络，两个对称设置的所述lcc谐振网络分别为系统的两个原边线圈，所述ss谐振网络为系统的副边线圈。

技术总结
本申请提供一种双发射单接收无线充电系统的负载等效电阻估计方法，用于解决现有技术中无线电能传输WPT系统的负载电阻估算精度低测量结果不稳定的技术问题。具体步骤为:S1：构建双发射单接收无线充电系统的阻抗方程以及系统约束条件，并通过系统约束条件对系统阻抗方程进行优化；S2：基于优化后的阻抗方程，计算系统两个原边补偿电感上电流的有效值I<subgt;r1</subgt;和I<subgt;r2</subgt;与负载电阻R<subgt;L</subgt;的数学关系；S3：采集系统两个原边补偿电感上电流的有效值I<subgt;r1</subgt;和I<subgt;r2</subgt;，并计算负载电阻R<subgt;L</subgt;。本申请采用双发射无线电能传输系统来估计负载电阻，用到了两个原边补偿电感上电流的有效值I<subgt;r1</subgt;和I<subgt;r2</subgt;，估计出系统负载的阻值，具有更好的精度，大大提升了容错率。

技术研发人员：陈丰伟,戴欣,李可,钱鹏辉,胡宏晟,李小飞
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11