一种恒流恒压的级联式无线电能传输系统及其控制方法

本发明涉及无线电能传输领域，特别是一种恒流恒压的级联式无线电能传输系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着智能电网的发展，在高压输电设备上加装电子设备的需求逐渐增强，包括故障指示灯、电缆监控等各种电子设备，由于架空输电线、电缆等此类高压设备上空间狭小，不足以并行放置多个输出装置，所以常见的“一对多”输出的wpt系统不能满足要求。目前，一些电子设备采用锂电池作为储能元件，锂电池在充电过程中采用先恒流后恒压的充电模式。在充电的初始阶段，要求系统工作在恒流模式，此时电压快速上升，当电压上升到额定值之后，则需要切换至恒压模式为电池充电。

2、目前多中继多负载的研究大多针对单一的恒压输出或是恒流输出；恒流/恒压输出也仅针对于单个负载，对于像高压输电线上的电子设备这样需要远距离且多级输出的特殊应用场合的恒压/恒流充电需求，现有无线电能传输系统均无法满足。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种恒流恒压的级联式无线电能传输系统及其控制方法。用于解决现有技术中现有无线电能传输系统无法满足远距离且包含多级负载恒流恒压充电需求的问题。

2、一种恒流恒压的级联式无线电能传输系统，其特征在于，包括两个负载rl1和rl2，以及依次设置的发射回路、第一中继回路、第二中继回路和接收回路；

3、所述负载rl1通过开关组件与第一中继回路或第二中继回路连通，所述负载rl2与接收回路的输出端连通。

4、可选的，所述开关组件包括安装在第一中继回路上用于控制第一中继回路通断的开关管k1，以及安装在第二中继回路上用于控制第二中继回路通断的开关管k2，以及分别安装在所述负载rl1两端的两个单刀双掷开关k3和k4；

5、所述单刀双掷开关k3的两个控制连接端s1和s2分别与开关管k1和开关管k2的一端连通，所述单刀双掷开关k4的两个控制连接端s3和s4分别与开关管k1和开关管k2的另一端连通；

6、当所述单刀双掷开关k3与控制连接端s1连通且所述单刀双掷开关k4与控制连接端s3连通且开关管k1断开时，所述负载rl1连通到第一中继回路；

7、当所述单刀双掷开关k3与控制连接端s2连通且所述单刀双掷开关k4与控制连接端s4连通且开关管k2断开时，所述负载rl1连通到第二中继回路。

8、可选的，所述第一中继回路包括谐振线圈l2和谐振电容c2；

9、所述谐振电容c2的一端与谐振线圈l2的一端连通，所述谐振电容c2的另一端与开关管k1的一端以及控制连接端s1连通，所述谐振线圈l2的另一端与开关管k1的另一端以及控制连接端s3连通，所述谐振线圈l2的线圈内阻为r2。

10、可选的，所述第一中继回路包括谐振线圈l3和谐振电容c3；

11、所述谐振电容c3的一端与谐振线圈l3的一端连通，所述谐振电容c3的另一端与开关管k2的一端以及控制连接端s2连通，所述谐振线圈l3的另一端与开关管k2的另一端以及控制连接端s4连通，所述谐振线圈l3的线圈内阻为r3。

12、可选的，所述接收回路包括接收线圈l4、谐振电感l5、谐振电容c4、谐振电容c5、开关管k5和开关管k6；

13、所述接收线圈l4的一端与谐振电容c5的一端连接后与负载rl2的一端连接，所述接收线圈l4的另一端谐振电容c4的一端连接，所述谐振电容c5的另一端与开关管k5的一端连接，所述开关管k5的另一端与谐振电容c4的另一端连接后与谐振电感l5的一端连接，所述谐振电感l5的另一端与负载rl2的另一端连接；

14、所述开关管k6的两端分别与所述谐振电感l5的两端连接，当所述开关管k6断开时，所述谐振电感l5与所述接收回路连通，当所述开关管k6闭合时，所述谐振电感l5与所述接收回路不连通。

15、可选的，所述发射回路包括发射线圈l1、谐振电感l0、谐振电容c0和谐振电容c1；

16、所述谐振电感l0的一端高频交流电的一个输出端连接，所述谐振电感l0的另一端与谐振电容c0的一端连接后与谐振电容c1的一端连接，所述谐振电容c1的另一端与发射线圈l1的一端连接，所述谐振电容c0的另一端与高频交流电的另一端连接后与发射线圈l1的另一端连通，所述发射线圈l1的线圈内阻为r1。

17、一种恒流恒压的级联式无线电能传输系统的控制方法，用于控制上述的恒流恒压的级联式无线电能传输系统，具体步骤为：

18、s1：初始时刻，控制系统等效电路为lcc-s-s-lcc结构，使系统恒流输出；

19、s2：检测系统输出电压是否达到参考值，若否则继续检测电压，若是则控制系统等效电路为lcc-s-s-s结构；

20、s3：检测两个负载rl1和rl2充电是否完成，若完成则系统停止，若否则继续充电。

21、可选的，步骤s1中控制系统等效电路为lcc-s-s-lcc结构的具体方法为：

22、控制所述开关管k1和开关管k5闭合，以及所述单刀双掷开关k3和单刀双掷开关k4分别与控制连接端s2和控制连接端s4连通，以及开关管k2和开关管k6断开。

23、可选的，步骤s2中控制系统等效电路为lcc-s-s-s结构的具体方法为：

24、控制所述开关管k1和开关管k5断开，以及所述单刀双掷开关k3和单刀双掷开关k4分别与控制连接端s1和控制连接端s3连通，以及开关管k2和开关管k6闭合。

25、可选的，通过计算等效电路为lcc-s-s-lcc结构时两个负载rl1和rl2的电流，获得两个负载rl1和rl2大小相同的恒流输出条件为：

26、l5＝m34

27、式中，m34为谐振线圈l3与接收线圈l4的互感值，l5为谐振电感l5的电感值；

28、通过计算等效电路为lcc-s-s-s结构时两个负载rl1和rl2的电压，获得两个负载rl1和rl2大小相同的恒压输出条件为：

29、rl1＝rl2且m23＝m34

30、式中，rl1和rl2分别为负载rl1和rl2的阻值，m23为谐振线圈l2与谐振线圈l3的互感值；

31、既系统两个负载rl1和rl2大小相同的恒流恒压输出条件为rl1＝rl2且m23＝m34＝l5。

32、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

33、1、本技术采用拓扑切换，实现了高压输电线路等远距离传输场合中多路输出的恒流/恒压充电。

34、2、本技术将多负载和多中继的优势结合起来，系统有一个输入端，两个接收端，两个负载分别接于两个接收端，其中，第一级的接收线圈既作为能量拾取单元，又作为能量中继单元，在拾取能量的同时又向下一级传递能量。

35、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。