采用電壓比控制的雙向無線電能傳輸系統(tǒng)效率提升方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過控制兩側(cè)電壓比來提升雙向無線電能傳輸系統(tǒng)效率的方法。該方法具備在電動汽車與電網(wǎng)之間或者電動汽車之間進(jìn)行無線能量互動時(shí)，根據(jù)兩側(cè)諧振線圈的參數(shù)，并以某一側(cè)的電壓為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)另一側(cè)電壓，以使得電能在兩側(cè)能夠高效流動。該方法不僅適用于參數(shù)對稱的雙向無線電能傳輸系統(tǒng)，同時(shí)也適用非對稱雙向無線電能傳輸系統(tǒng)。
【專利說明】
采用電壓比控制的雙向無線電能傳輸系統(tǒng)效率提升方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種雙向無線電能傳輸系統(tǒng)能量流動效率提升的方法，適用于需要實(shí) 現(xiàn)能量雙向互動的無線電能傳輸領(lǐng)域，如無線V2G，無線V2H等應(yīng)用場合。
【背景技術(shù)】
[0002] 在雙向無線電能傳輸領(lǐng)域，如何實(shí)現(xiàn)能量高效地在兩側(cè)之間進(jìn)行互動值得研究。 目前為了相對提高能量的傳輸效率，系統(tǒng)的諧振頻率設(shè)置的比較高，線圈繞制的材料采用 Litz線等方式，所述的運(yùn)些提升效率的方法無疑帶來了較高的技術(shù)成本和經(jīng)濟(jì)成本。隨著 電動汽車的規(guī)?；l(fā)展，電動汽車電池容量不免會成為電網(wǎng)的熱備用，向電網(wǎng)饋電；同時(shí)在 電網(wǎng)用電低谷時(shí)，電動汽車集中充電提高電網(wǎng)整體用電量，維持全電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。但是， 就電動汽車與電網(wǎng)之間或者電動汽車與電動汽車之間進(jìn)行能量無線互動時(shí)，還未出現(xiàn)一種 簡單易行的效率提升方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有方案的不足，本發(fā)明提出了采用電壓比控制的雙向無線 電能傳輸系統(tǒng)效率提升方法，該方法具備在電動汽車與電網(wǎng)之間或者電動汽車之間進(jìn)行無 線能量互動時(shí)，根據(jù)兩側(cè)諧振線圈的參數(shù)，并W某一側(cè)的電壓為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)另一側(cè)電壓，W 使得電能在兩側(cè)能夠高效流動。該方法不僅適用于參數(shù)對稱的雙向無線電能傳輸系統(tǒng)，同 時(shí)也適用非對稱雙向無線電能傳輸系統(tǒng)。
[0004] 技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[000引一種雙向無線電能傳輸系統(tǒng)，包括Al側(cè)和A2側(cè)；
[0006] 所述Al側(cè)包括電池1，單相全橋變換器1，串聯(lián)濾波線圈Lm及其內(nèi)阻Rm,諧振線圈Lp 及其內(nèi)阻Rp，諧振電谷Cl,問時(shí)Lm二Lp二1^1, Rm二Rp二Ri;
[0007] 所述A2側(cè)包括電池2,單相全橋變換器2,串聯(lián)濾波線圈Ln及其內(nèi)阻Rn,諧振線圈Ls 及其內(nèi)阻Rs，諧振電容C2，同時(shí)Ln = Ls = L2，Rn = Rs =化；
[000引所述Al側(cè)的諧振線圈Lp與A2側(cè)的諧振線圈Ls相互禪合，兩者之間的互感為M;Ai側(cè)單 相全橋變換器1的出口電壓為Up，A2側(cè)單相全橋變換器2的出口電壓為Us，兩變換器的開關(guān)角 頻率一致，均為O，該角頻率同時(shí)與諧振器的角頻率一致，即：
[0009] O =l/sq;rt(XiCi) = l/sq;rt(X2C2)。
[0010] 本發(fā)明還提供一種采用電壓比控制雙向無線電能傳輸系統(tǒng)效率提升方法，具體如 下：
[0011] 當(dāng)能量W無線方式從Al側(cè)流動至A2側(cè)時(shí)，保持電壓相量Up的相位超前電壓相量Us 的相位90%當(dāng)能量W無線方式從A2側(cè)流動至Al側(cè)時(shí)，保持電壓相量Up的相位滯后電壓相量 Us的相位90% W使得系統(tǒng)不產(chǎn)生無功；
[001^ 在心側(cè)與A2側(cè)的諧振器參數(shù)完全一致時(shí)，即Li = L2，Ri = R2時(shí)，在能量于兩側(cè)間進(jìn)行 無線傳輸時(shí)，始終保持Up = Us，即UsAJp = 1，W使得能量傳輸?shù)男首罡?在Al側(cè)與A2側(cè)的諧 振參數(shù)不一致時(shí)，旨化I聲L2，Ri聲R2時(shí)，設(shè)^/L2 = S2,那么在能量于兩側(cè)間進(jìn)行無線傳輸時(shí)， 保持Us/Up = g(S)，W使得能量傳輸?shù)男首罡?其中：
[0013]
[0014] 其中：g(S)為關(guān)于S 的函數(shù)，Ai= O 6Ci2c2 2m2r2+ O 4Ci2c22RiR22+ O 2ci2ri ,人3= O 6Ci2C22M2Ri+?化12C22Ri 2R2+?2C22R2,化為A2側(cè)線圈的品質(zhì)因數(shù)，k為Al側(cè)和A2側(cè)線圈的禪合因 數(shù)。
[0015] 有益效果：一方面，無論能量從Al側(cè)無線流動至A2側(cè)或從A2側(cè)無線流動至Al側(cè)，通 過控制兩側(cè)電壓的比值，能量均能W最大效率進(jìn)行流動；另一方面，無論Al側(cè)和A2側(cè)諧振腔 的參數(shù)是否相同，合理的電壓比控制仍然能夠使得能量W最大效率進(jìn)行流動。
【附圖說明】
[0016] 圖1為雙向無線電能傳輸系統(tǒng)原理圖
[0017] 圖2為雙向無線電能傳輸系統(tǒng)等效電路圖
[0018] 圖3為雙向無線電能傳輸系統(tǒng)效率曲線
[0019] 圖4為雙向無線電能傳輸電壓比與線圈參數(shù)關(guān)系曲線圖
[0020] 圖5為雙向無線電能傳輸系統(tǒng)在不同線圈參數(shù)下效率與電壓比關(guān)系圖
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明：
[0022] 為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)到目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合
【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0023] 配置雙向無線電能傳輸系統(tǒng)如附圖1所示，Al側(cè)包括電池1，單相全橋變換器1，串 聯(lián)濾波線圈Lm及其內(nèi)阻Rm,諧振線圈Lp及其內(nèi)阻Rp ,諧振電谷Cl,問時(shí)Lm = Lp = b , Rm = Rp = Rl; A2側(cè)包括電池2,單相全橋變換器2,串聯(lián)濾波線圈Ln及其內(nèi)阻Rn,諧振線圈Ls及其內(nèi)阻Rs，諧 振電容C2，同時(shí)Ln = Ls = L2，Rn = Rs = R2。另外，Al側(cè)的諧振線圈Lp與A2側(cè)的諧振線圈Ls相互禪 合，兩者之間的互感為M，M=k ? sqrta止2)，k是兩諧振線圈的禪合系數(shù)。Al側(cè)單相全橋變換 器的出口電壓為Up,A2側(cè)單相全橋變換器的出口電壓為Us,兩變換器的開關(guān)角頻率一致，均 為W，該角頻率同時(shí)與諧振器的角頻率一致，即W =l/sqd^iCi) = l/sq;rt(L2C2)。
[0024] 在能量W無線方式在兩側(cè)進(jìn)行傳輸時(shí)，如Ai^A2時(shí)，保持Al側(cè)單相全橋變換器的出 口電壓Up相量的相角超前A2側(cè)單相全橋變換器的出口電壓Us相量的相角90%如As^Ai，保持 Up相角滯后Us相角90°。
[002引根據(jù)附圖2，并假設(shè)O = Us/Up，因此，當(dāng)能量從A麻動至A2時(shí)，
[0026]
'
[0027] 相應(yīng)地，=
時(shí)，系統(tǒng)能夠取得最大效率，最大效率為
[002引當(dāng)能量從A2流動至Al時(shí)，
[0029]
[0030] 相應(yīng)地，自
系統(tǒng)能夠取得最大效率，最大效率為
已
[003。 其中：為當(dāng)能量從Al流動至A2時(shí)的系統(tǒng)效率，Ai= ?6Ci2C22M2R2+w4Ci 2C22RiR22+ ?2打嗦1人2 = O 化1C2M，A3 = O6打 2Cs2M2Ri+ ? 化I2Cs2Ri2^+ ? 2C22R2，Of-OPt 為當(dāng)能量從Al 流動至 A2 時(shí)最優(yōu)電壓比，rUnv為當(dāng)能量從A2流動至Al時(shí)的系統(tǒng)效率，Oi-OPt為當(dāng)能量從A2流動至Al時(shí)最 優(yōu)電壓比。
[0032] 同時(shí)，由于；
[0033]
[0034] 其值在線圈Q值較高時(shí)較大，故，可近似認(rèn)為
，相應(yīng)地， ,
, ，因此，
[0035]
[0036] 其中，Al = O 化i2C22m2R2+ ? 化i2C22R巧22+ O 化i2Ri，A2 = ? 化1C2M，A3 = O 6Ci2c22m2Ri+ CO化i2C22Ri2R2+?2C22R2。其中：k為Al側(cè)和A2側(cè)線圈的禪合因數(shù)，化為Al側(cè)線圈的品質(zhì)因數(shù)，Q2 為A2側(cè)線圈的品質(zhì)因數(shù)。
[0037] 當(dāng)兩側(cè)線圈參數(shù)一致時(shí)，存在Al = A3，因此，當(dāng)0 = Us/Up = 1時(shí)，系統(tǒng)能夠W最大效 率進(jìn)行能量互動。
[0038] 當(dāng)兩側(cè)線圈參數(shù)不一致時(shí)，假設(shè)
相應(yīng)地有，
[0039]
[0040] 因此，將兩側(cè)的電壓比配置成〇 = Us/Up = g(S)時(shí)，系統(tǒng)仍能W最大效率進(jìn)行能量互 動。
[0041] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和潤飾，運(yùn)些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙向無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于:包括Ai側(cè)和A2側(cè)； 所述Al側(cè)包括電池1，單相全橋變換器1，串聯(lián)濾波線圈Lm及其內(nèi)阻Rm，諧振線圈Lp及其內(nèi) 阻Rp ,諧振電谷Cl,問時(shí)Lm二Lp二1^1, Rm二Rp二化； 所述A2側(cè)包括電池2,單相全橋變換器2,串聯(lián)濾波線圈Ln及其內(nèi)阻Rn，諧振線圈Ls及其內(nèi) 阻Rs，諧振電容〇2,同時(shí)Ln = Ls = L2，Rn = Rs = I?2; 所述Al側(cè)的諧振線圈Lp與A2側(cè)的諧振線圈Ls相互禪合，兩者之間的互感為M;Ai側(cè)單相全 橋變換器1的出口電壓為Up，A2側(cè)單相全橋變換器2的出口電壓為Us，兩變換器的開關(guān)角頻率 一致，均為ω，該角頻率同時(shí)與諧振器的角頻率一致，即： ω = l/sqrt(LiCi) = l/sqrt(L2C2) D2. -種采用電壓比控制權(quán)利要求1所述雙向無線電能傳輸系統(tǒng)效率提升方法，其特征 在于:具體如下： 當(dāng)能量W無線方式從Al側(cè)流動至A2側(cè)時(shí)，保持電壓相量Up的相位超前電壓相量Us的相位 90%當(dāng)能量W無線方式從A2側(cè)流動至Al側(cè)時(shí)，保持電壓相量Up的相位滯后電壓相量Us的相 位90°，W使得系統(tǒng)不產(chǎn)生無功； 在Al側(cè)與A2側(cè)的諧振器參數(shù)完全一致時(shí)，即^ = L2瓜=R2時(shí)，在能量于兩側(cè)間進(jìn)行無線 傳輸時(shí)，始終保持Up = Us，即Us/Up=l，W使得能量傳輸?shù)男首罡?在Al側(cè)與A2側(cè)的諧振參 數(shù)不一致時(shí)，即^^L2，Ri聲R2時(shí)，設(shè)^/L2 = S2,那么在能量于兩側(cè)間進(jìn)行無線傳輸時(shí)，保持 Us/Up = g(S)，W使得能量傳輸?shù)男首罡?其中：其中：g(δ)為關(guān)于δ的函數(shù)，λι = ω 6Ci2C22M2I?2+ ω 化化22虹化2+ ω 2Ci2Ri，λ3 = ω 6打化22M2Ri+ ω化i2C22Ri2^+ ω ^2嗦2，化為A2側(cè)線圈的品質(zhì)因數(shù)，k為Al側(cè)和A2側(cè)線圈的禪合因數(shù)。
【文檔編號】H02J50/12GK105978170SQ201610388624
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】譚林林, 顏長鑫, 黃學(xué)良, 王維, 劉瀚, 郭金鵬
【申請人】東南大學(xué)