一种功率自适应的磁耦合无线电能传输充电方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113904468A(43)申请公布日2022.01.07(21)申请号202111273283.3H02J50/40(2016.01)(22)申请日2021.10.29H02J50/12(2016.01)H02J7/04(2006.01)(71)申请人军事科学院系统工程研究院军事新H02J7/00(2006.01)能源技术研究所地址102300北京市门头沟区三家店东街1号(72)发明人王旭东张航王长富鲁长波徐万里周友杰陈今茂安高军徐曦萌孙彦丽郑哲(74)专利代理机构北京丰浩知识产权代理事务所(普通合伙)11781代理人李学康(51)Int.Cl.H02J50/90(2016.01)H02J50/80(2016.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种功率自适应的磁耦合无线电能传输充电方法(57)摘要本发明公开了一种功率自适应的磁耦合无线电能传输充电方法，包括信号发生器、功率放大器、可切换线圈、测距模块、控制器、接收线圈和负载；可切换线圈包含可用于无线电能传输的发射线圈，信号发生器与功率放大器相连，功率放大器与可切换线圈相连，可切换线圈与测距模块相连，可切换线圈与接收线圈间通过磁耦合进行无线电能传输。控制器计算可切换线圈的每一个发射线圈与接收线圈的互感、每一个发射线圈内阻和效率系数、发射和接收功率，并选择效率系数最大的发射线圈将其用于无线电能传输，同时对发射功率进行调整。本发明的控制电路简单且损耗小，其成本低，且只需控制不同发射线圈的接入即可实现抗偏移的目标。CN113904468ACN113904468A权利要求书1/2页1.一种功率自适应的磁耦合无线电能传输充电方法，其特征在于，包括信号发生器、功率放大器、可切换线圈、测距模块、控制器、接收线圈、负载和蓝牙模块；可切换线圈包含N0个可用于无线电能传输的发射线圈，信号发生器与功率放大器相连，功率放大器与可切换线圈相连，可切换线圈与测距模块相连，测距模块与控制器相连，信号发生器、功率放大器、可切换线圈和测距模块位于无线电能传输的发射端，可切换线圈与接收线圈间通过磁耦合进行无线电能传输，接收线圈与负载相连接，接收线圈与负载位于无线电能传输的接收端；蓝牙模块与控制器相连；控制器包括发射端控制器和接收端控制器；接收端控制器通过其所包含的电压表与电流表分别采集接收线圈的实时电压值与电流值，并根据采集的电压值与电流值计算接收线圈的实时接收功率P2；接收端控制器比较实时接收功率P2与负载额定功率PLoad，并将接收功率P2与负载额定功率PLoad通过蓝牙模块实时发送给发射端控制器；发射端控制器接收到蓝牙模块接发送的接收功率P2与负载额定功率PLoad，测量发射线圈的当前发射功率P1，计算当前的系统传输效率计算接收功率P2与负载额定功率PLoad的差值a＝(P2‑PLoad)，如果差值a大于0，计算当前发射端所需减少的发射功率Pa＝a*η1，将发射线圈的发射功率减少Pa，当前发射线圈的发射功率Pnew＝P1‑Pa；反之，如果差值a小于0，计算当前发射端所需增加的发射功率Pa＝a*η1，将发射线圈的发射功率增加Pa，当前发射线圈的发射功率Pnew＝P1+Pa。2.如权利要求1所述的功率自适应的磁耦合无线电能传输充电方法，其特征在于，发射线圈n的内阻为Rn，发射线圈n的补偿电容为Cn，接收线圈LRX包含寄生电阻RRX和补偿电容CRX；接收线圈的电感为LRX，负载的电阻为RL，可切换线圈的电感为Ln；功率放大器的内阻为Rs，其输入电压为Vs。3.如权利要求1所述的功率自适应的磁耦合无线电能传输充电方法，其特征在于，对于发射线圈n，发射端控制器计算发射线圈n与接收线圈的互感Mn，互感Mn的计算公式为：，其中，N1、N2分别为发射线圈n与接收线圈的每层匝数，r1为发射线圈n的半径，r2为接收线圈的半径，μ0为真空磁导率，RQN为两线圈上任意两点间距离，θ和φ分别为接收线圈上的任意点相对于发射线圈n上的任意点的方位角和俯仰角，RQN的计算公式为：发射端控制器根据费雷拉公式计算发射线圈n的内阻Rn，其计算公式为：Rn＝RDC+RAC，2CN113904468A权利要求书2/2页式中，RDC为发射线圈n的直流电阻，RAC为发射线圈n的交流电阻，ρ为铜的电阻率，m和N分别为线圈的层数和匝数，lw为发射线圈的铜线长度，ds为发射线圈的铜线直径，f为电流频率，单位为Hz，rs为发射线圈的铜线半径，ns为发射线圈的铜线的数量，fh为发射线圈的交流电阻值为直流电阻值两倍时的交流电频率,μ为介质的磁导率，k为导体中电线的面积与导体带绝缘体的面积之比；发射端控制器根据Mn和Rn计算γn，γn为发射线圈n的效率系数，发射端控制器