原副边多模块MC-WPT系统的功率控制及效率匹配方法与流程

本发明涉及磁耦合无线电能传输，尤其涉及原副边多模块mc-wpt系统的功率控制及效率匹配方法。

背景技术：

1、随着无线充电系统功率等级的提升，单个逆变器受到开关管功率容量和价格等的限制，往往难以完成需求。对于这种情况，往往采用模块化串并联的方法来提升功率的容量，既能够降低研发周期，也能降低成本，同时还有利于实现系统冗余供电，提高系统稳定性和可靠性。但是模块化串并联的方法存在着功率无法进行全范围调节，以及轻载效率低，模块数目固定的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种原副边多模块mc-wpt系统的功率控制及效率匹配方法，解决的技术问题在于：模块化串并联的方法无法对系统输出功率进行全范围调节，以及轻载效率低，模块数目固定。

2、为解决以上技术问题，本发明提供原副边多模块mc-wpt系统的功率控制及效率匹配方法，所述原副边多模块mc-wpt系统包括发射端和接收端，所述发射端包括m个原边变换模块以及与m个所述原边变换模块并联的原边线圈发射电路，所述接收端包括副边线圈接收电路、与所述副边线圈接收电路并联的n个副边变换模块、并联连接n个所述副边变换模块的负载电路，每个所述原边变换模块包括顺序连接的直流电源、全桥逆变器、原边谐振网络，每个所述副边变换模块包括顺序连接的副边谐振网络、全桥整流器，其关键在于，包括步骤：

3、s1、确定系统满载功率p、需求输出功率p^和当前工作的副边变换模块的数目n，并计算p^与p的比值p*；

4、s2、根据n的大小和p*的大小对n个所述副边变换模块进行投入切出，以及调整当前投入的副边变换模块的内移相角βs，以使得系统输出功率满足需求输出功率p^。

5、进一步地，所述步骤s2具体为：

6、固定所述原边变换模块的移相角βp＝180°，判断p*属于中哪个区间，若对应属于或区间，则通过对所述副边变换模块的投入或切出，使得当前n个副边变换模块的投入个数分别变为1,2,…,n，当完成投入或切出后，通过调整当前投入的副边变换模块的内移相角βs使得系统输出功率满足需求输出功率p^。

7、进一步地，所述步骤s2具体包括步骤：

8、s21、固定所述原边变换模块的移相角βp＝180°；

9、s22、判断n是否为1，若为1则进入步骤s23，若不为1则判断n是否为2，若为2则进入步骤s23，若不为2则判断n是否为3，若为3则进入步骤s23，以此类推，直到判断n是否为n，若为n则进入步骤s23；

10、s23、判断p*属于中哪个区间，判断p*的所属区间所对应的副边变换模块的应投入个数是否与当前投入个数相同，若相同则进入步骤s24，若不同则进一步判断应投入个数是否大于当前投入个数，若大于则将多余的副边变换模块切出，若小于则将应增的副边变换模块投入；

11、s24、调整当前投入的副边变换模块的内移相角βs使得系统输出功率满足需求输出功率p^。

12、进一步地，在所述步骤s2中，通过控制所述副边变换模块的内移相角βs＝0°以对所述副边变换模块进行短路切出。

13、进一步地，所述原边谐振网络包括相连接的原边解耦lcc补偿网络和原边线圈；所述副边谐振网络包括相连接的副边解耦lcc补偿网络和副边线圈；所述原边解耦lcc补偿网络和所述副边解耦lcc补偿网络构成解耦双边lcc拓扑；所述负载电路包括滤波电容和负载。

14、本发明还提供一种原副边多模块mc-wpt系统的效率匹配方法，其关键在于，包括步骤：

15、k1、确定当前系统输出功率pout和当前工作的原边变换模块的数目m，并计算pout与m个所述原边变换模块的满载功率的比值po*，此时默认工作的原边变换模块均为全桥运行模式；

16、k2、以提升系统的功率传输能力为目标，根据m的大小和po*的大小对m个所述原边变换模块进行投入切出以及全桥半桥切换。

17、进一步地，所述步骤k2具体为：

18、判断po*属于中哪个区间，若对应属于或区间，则通过对所述原边变换模块的投入或切出，以及对当前投入的所述原边变换模块的工作模式进行切换，使得当前m个原边变换模块中的投入数量和工作模式分别为：1个模块为半桥模式、1个模块为全桥模式、2个模块且其中一个模块为半桥模式、2个模块为全桥模式……、m-1个模块且其中一个模块为半桥模式、m-1个模块且均为半桥模式、m个模块且其中一个模块为半桥模式、m个模块且均为全桥模式。

19、进一步地，所述步骤k2具体包括步骤：

20、k21、判断m是否为1，若为1则进入步骤k22，若不为1则判断m是否为2，若为2则进入步骤k22，若不为2则判断m是否为3，若为3则进入步骤k22，以此类推，直到判断m是否为m，若为m则进入步骤k22；

21、k22、判断po*属于中哪个区间，并判断po*的所属区间所对应的原边变换模块的应投入个数是否与当前投入个数相同，若相同则进入步骤k23，若不同则进一步判断应投入个数是否大于当前投入个数，若大于则将多余的原边变换模块切出后进入步骤k23，若小于则将应增的原边变换模块投入后进入步骤k23；

22、k23、根据po*的所属区间判断是否需要对当前投入的原边变换模块之一进行全桥模式到半桥模式的切换，若是则进行切换，若否则不作为。

23、进一步地，在所述步骤k2中，通过控制所述原边变换模块的内移相角βp＝0°以对所述原边变换模块进行短路切出。

24、进一步地，通过对滞后桥臂输入pwm波的占空比进行操作，把滞后桥臂的上管恒断、下管恒导通实现对所述原边变换模块全桥模式到半桥模式的切换。

25、本发明提供的原副边多模块mc-wpt系统的功率控制及效率匹配方法，在功率控制方面，通过副边模块的投切和副边内移相角的调节实现输出功率的全范围的功率控制，可以有效减小内移相角的过大导致副边的硬开关问题；在效率匹配方面，通过原边模块的投切和逆变全桥和逆变半桥切换，实现系统整体的效率匹配，可以有效地保持宽范围下的系统高效运行，有效地提升了大功率多模块系统在运行过程中的轻载效率。

技术特征：

1.原副边多模块mc-wpt系统的功率控制方法，所述原副边多模块mc-wpt系统包括发射端和接收端，所述发射端包括m个原边变换模块以及与m个所述原边变换模块并联的原边线圈发射电路，所述接收端包括副边线圈接收电路、与所述副边线圈接收电路并联的n个副边变换模块、并联连接n个所述副边变换模块的负载电路，每个所述原边变换模块包括顺序连接的直流电源、全桥逆变器、原边谐振网络，每个所述副边变换模块包括顺序连接的副边谐振网络、全桥整流器，其特征在于，该功率控制方法包括步骤：

2.根据权利要求1所述的原副边多模块mc-wpt系统的功率控制方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：

3.根据权利要求2所述的原副边多模块mc-wpt系统的功率控制方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括步骤：

4.根据权利要求3所述的原副边多模块mc-wpt系统的功率控制方法，其特征在于：在所述步骤s2中，通过控制所述副边变换模块的内移相角βs＝0°以对所述副边变换模块进行短路切出。

5.根据权利要求4所述的原副边多模块mc-wpt系统的功率控制方法，其特征在于：

6.根据权利要求1～5任意一项所述原副边多模块mc-wpt系统的效率匹配方法，其特征在于，包括步骤：

7.根据权利要求6所述的原副边多模块mc-wpt系统的效率匹配方法，其特征在于，所述步骤k2具体为：

8.根据权利要求7所述的原副边多模块mc-wpt系统的效率匹配方法，其特征在于，所述步骤k2具体包括步骤：

9.根据权利要求8所述的原副边多模块mc-wpt系统的效率匹配方法，其特征在于：在所述步骤k2中，通过控制所述原边变换模块的内移相角βp＝0°以对所述原边变换模块进行短路切出。

10.根据权利要求8所述的原副边多模块mc-wpt系统的效率匹配方法，其特征在于：通过对滞后桥臂输入pwm波的占空比进行操作，把滞后桥臂的上管恒断、下管恒导通实现对所述原边变换模块全桥模式到半桥模式的切换。

技术总结
本发明涉及磁耦合无线电能传输技术领域，具体公开了原副边多模块MC‑WPT系统的功率控制及效率匹配方法，功率控制方法包括步骤：确定系统满载功率P、需求输出功率P<supgt;^</supgt;和当前工作的副边变换模块的数目N，并计算P<supgt;^</supgt;与P的比值P<supgt;*</supgt;；根据N的大小和P<supgt;*</supgt;的大小对n个所述副边变换模块进行投入切出，以及调整当前投入的副边变换模块的内移相角β<subgt;s</subgt;，以使得系统输出功率满足需求输出功率P<supgt;^</supgt;。本发明通过副边模块的投切和副边内移相角的调节实现输出功率的全范围的功率控制，可以有效减小内移相角的过大导致副边的硬开关问题；通过原边模块的投切和逆变全桥半桥切换，实现系统整体的效率匹配，有效地提升了大功率多模块系统在运行过程中的轻载效率。

技术研发人员：沈涛,蒙锋,董金熹,刘浠流,丁惠贤,陈冠霖,苏东,肖静,苏玉刚,胡宏晟,吴晓锐,郭宏松,韩帅,林锐,龚文兰,陈绍南,吴宁
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司柳州供电局
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14