一种无线充电系统中磁耦合器电容补偿参数的调整方法与流程

本发明涉及电动汽车无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电系统中磁耦合器电容补偿参数的调整方法。

背景技术：

燃油汽车的尾气排放已经成为大型城市的重要污染源，而新能源电动汽车作为传统燃油车的替代品，能够很好解决由于尾气排放带来的污染问题，但是电动汽车自身仍然存在着续航里程短、充电设施不完备等问题。无线充电技术以其可实现无接触式静态充电以及行驶过程中动态充电的独特优势，成为解决上述问题的有效方案。

在现有的无线充电系统中，感应式静态无线充电系统以其自身充电距离远、充电效率高等优点，得到电动汽车行业的广泛青睐。但这类系统仍存在着许多技术瓶颈有待突破，其中，系统抗偏移能力差的问题尤为突出。所谓抗偏移能力，是指当无线充电系统磁耦合器能量传输线圈间的相对位置出现偏差时，系统功率和效率的不稳定，因此提高系统抗偏移能力就是提高系统效率和功率的稳定性。由于电动汽车的车身宽度与车位之间的尺寸并不统一，通常会导致磁耦合器能量传输线圈之间产生不同程度的偏移，继而使得磁耦合器能量传输线圈之间的耦合程度降低，并最终导致整个无线充电系统功率不稳定。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种无线充电系统中磁耦合器电容补偿参数的调整方法。

一种无线充电系统中磁耦合器电容补偿参数的调整方法，包括：

s1：确定无线充电系统中磁耦合器的电容补偿参数；

s2：考虑磁耦合器之间不偏移情况下，无线充电系统的输出功率和效率是否满足要求，若满足要求，则进入步骤s3，否则，返回步骤s1；

s3：在考虑磁耦合器之间偏移情况下，判断无线充电系统的输出功率稳定性是否满足要求，若满足要求，则确定电容补偿参数，若不满足要求，则返回步骤s1。

优选的，所述无线充电系统的输出功率的计算如下：

其中，up是高频电压源，lp、li和ls分别是1号、2号、3号线圈的自感，rp、ri和rs分别是各自电阻，cp、cs和ci是补偿电容，mps、mpi和mis是线圈之间的互感，req是系统等效负载电阻。

优选的，所述无线充电系统的效率计算如下：

优选的，所述确定无线充电系统中磁耦合器的电容补偿参数包括：

考虑磁耦合器之间不偏移情况下，电容补偿参数的计算如下：

其中，pout表示无线充电系统的输出功率，ηset表示无线充电系统的设定效率。

优选的，所述确定无线充电系统中磁耦合器的电容补偿参数包括：

在考虑磁耦合器之间偏移情况下，电容补偿参数的计算如下：

其中，k为线圈之间的耦合系数，qp、qs、qi为线圈品质。

本发明的有益效果：

通过对电容补偿参数的调整，有效地增强电动汽车用无线充电系统的抗偏移能力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例中的磁耦合器结构示意图；

图2(a)是本发明实施例中在电路呈感性时电容参数与电流的关系图；

图2(b)是本发明实施例中在电路呈容性时电容参数与电流的关系图；

图3是本发明实施例一种无线充电系统中磁耦合器电容补偿参数的调整方法的流程示意图；

图4是本发明实施例中偏移时采用控制策略的功率对比示意图；

图5是本发明实施例中偏移时采用控制策略的效率变化示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

带有中继线圈的电动汽车无线充电系统中磁耦合器结构如图1所示，磁耦合器只采用了多股电磁线，没有任何导磁金属介质，完全依靠空气进行能量传递。磁耦合器包括1号线圈1、2号线圈2、3号线圈3，其中，1号线圈为发射线圈，2号线圈为中继线圈，3号线圈为接收线圈，采用的缠绕方式为平面圆角矩形缠绕。

当磁耦合器的补偿电容参数发生改变时，如图2(a)所示，在电路呈感性时，增加电容，可以提升电路电流从而提升传输功率，如图2(b)所示，在电路呈容性条件下，减小电容可以提升电流从而提升传输功率。从而说明，补偿电容参数对磁耦合器的输出功率有影响。

本发明的基本思想是在上述三线圈无线充电系统的基础上，通过对磁耦合器线圈补偿参数的研究，提出了基于品质因数的磁耦合器线圈补偿参数控制策略，使用该控制策略的三线圈磁耦合器有效地增强了无线充电系统的抗偏移能力，提高了系统稳定性。

基于上述思想，本发明实施例提出一种无线充电系统中磁耦合器电容补偿参数的调整方法，如图3所示，包括以下步骤：

s1：确定无线充电系统中磁耦合器的电容补偿参数；

s2：考虑磁耦合器之间不偏移情况下，无线充电系统的输出功率和效率是否满足要求，若满足要求，则进入步骤s3，否则，返回步骤s1；

s3：在考虑磁耦合器之间偏移情况下，判断无线充电系统的输出功率稳定性是否满足要求，若满足要求，则确定电容补偿参数，若不满足要求，则返回步骤s1。

首先根据实际需要，设定整套无线充电系统所要达到的技术指标，根据系统所要达到的技术指标，提出相应的磁耦合器的工作参数(线圈尺寸、绕制方式和匝数、补偿参数、工作频率)。在确定其他参数的基础上选择合适电容补偿参数。磁耦合器的具体参数如表1所示，多股电磁线参数如表二所示。

附表1磁耦合器的具体参数

附表2多股电磁线参数

线圈磁耦合器输出功率的计算公式为：

在式(1)和(2)中，up是高频电压源，lp、li和ls分别是1号、2号、3号线圈的自感，rp、ri和rs分别是各自电阻，cp、cs和ci是线圈补偿电容，mps、mpi和mis是线圈之间的互感，req是系统等效负载电阻。

电容参数改变与电流大小的关系为：

当设定电路的谐振频率为f0，改变电路补偿电容从c0变为c，会使系统处于非谐振状态，当电路呈感性时，可得电流关系式(3)，当电路呈容性时，可得关系式(4)。

不偏移情况下电容补偿参数确定：

在式(5)中，考虑到在不偏移情况下，为了提高不偏移时磁耦合器的输出功率，设定合适的效率指标，根据式(1)对功率进行求解。

偏移情况下电容补偿参数的选择：

在式(6)中，k为线圈之间的耦合系数，q为线圈品质由公式(7)定义，在式(8)中保持q稳定即可保持磁耦合器的输出功率和效率满足要求。

偏移时采用控制策略的功率对比如图4所示，偏移时采用控制策略的效率变化如图5所示。由图4、5可知，当磁耦合器的发射线圈和接收线圈发生偏移时，采用控制策略，磁耦合器的输出功率和效率可以满足要求。

综上所述，通过本发明选择合适电容补偿参数可以提高三线圈磁耦合器及整套无线充电系统的抗偏移能力。

本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。