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专利号: 2022110397727
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多频多负载无线电能传输控制方法,其特征在于:基于发射端与预设至少一个负载分别所连接收端之间的线圈互感无线连接,以及发射端中直流电源经逆变器连接发射线圈,所述控制方法包括单频能量传输控制,按如下步骤A1至步骤A5,用于实现对负载的电压控制;

步骤A1.采集指定目标负载的实际电压U目、以及目标负载的工作频率f目,并获得U目与预设基准电压Uref之间的差值,然后进入步骤A2;

步骤A2.针对U目与Uref之间的差值进行PI调节,获得逆变器的开关管驱动信号占空比DS,然后进入步骤A3;

步骤A3.基于发射端中逆变器交流侧输出电压US在逆变器开关管驱动信号占空比D=DS处的泰勒展开,根据如下公式:获得逆变器交流侧输出电压的控制量G1(S);

同时,根据如下公式:

获得逆变器交流侧输出电压的干扰量G2(S),然后进入步骤A4;

步骤A4.根据如下公式:

获得发射端中逆变器交流侧输出电压US,然后进入步骤A5;

步骤A5.基于逆变器以工作频率fO=f目进行工作,逆变器交流侧输出电压US经发射线圈向各负载分别所连接收端中接收线圈的方向进行无线发射,并由工作频率等于f目的各负载分别经其所连接收端中接收线圈进行接收,针对该各负载两端电压进行稳定控制,然后返回步骤A1。

2.根据权利要求1所述一种多频多负载无线电能传输控制方法,其特征在于:基于逆变器包括相并联的第1桥臂与第2桥臂,第1桥臂包括相串联的第一开关管Q1、第二开关管Q2,第

2桥臂包括相串联的第三开关管Q3、第四开关管Q4,所述控制方法包括双频能量传输控制,按如下步骤B1至步骤B5,用于实现对负载的电压控制;

步骤B1.采集指定第1目标负载的实际电压U目1、第2目标负载的实际电压U目2、以及第1目标负载的工作频率f目1、第2目标负载的工作频率f目2,并获得U目1与预设基准电压Uref之间的差值、以及U目2与预设基准电压Uref之间的差值,然后进入步骤B2;

步骤B2.针对U目1与Uref之间的差值进行PI调节,获得逆变器中第1桥臂上第一开关管Q1、第二开关管Q2的驱动信号占空比DS1,以及针对U目2与Uref之间的差值进行PI调节,获得逆变器中第2桥臂上第三开关管Q3、第四开关管Q4的驱动信号占空比DS2,然后进入步骤B3;

步骤B3.基于k=1、2,按发射端中逆变器交流侧对应第k目标负载的输出电压 在逆变器第k桥臂开关管驱动信号占空比DOk=DSk处的泰勒展开,根据如下公式:获得逆变器交流侧对应第k目标负载的输出电压的控制量 同时,根据如下公式:

获得逆变器交流侧对应第k目标负载的输出电压的干扰量 然后进入步骤B4;

步骤B4.根据如下公式:

获得发射端中逆变器交流侧对应第k目标负载的输出电压 然后进入步骤B5;

步骤B5.基于逆变器中第1桥臂上各开关管以工作频率fO1=f目1进行工作,逆变器交流侧输出电压 经发射线圈向各负载分别所连接收端中接收线圈的方向进行无线发射,并由工作频率等于f目1的各负载分别经其所连接收端中接收线圈进行接收,针对该各负载两端电压进行稳定控制;

同时,基于逆变器中第2桥臂上各开关管以工作频率fO2=f目2进行工作,逆变器交流侧输出电压 经发射线圈向各负载分别所连接收端中接收线圈的方向进行无线发射,并由工作频率等于f目2的各负载分别经其所连接收端中接收线圈进行接收,针对该各负载两端电压进行稳定控制;然后返回步骤B1。

3.根据权利要求2所述一种多频多负载无线电能传输控制方法,其特征在于:所述发射端与各负载分别所连接收端之间的线圈互感无线连接中,发射端中还包括LCC型补偿网络,逆变器中还包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4分别所对应的二极管,发射端的结构中:逆变器中各开关管的漏极与对应二极管的阴极相连接,各开关管的源极与对应二极管的阳极相连接;直流电源Vin的正极、第一开关管Q1的漏极、第三开关管Q3的漏极三者相连接,直流电源Vin的负极、第二开关管Q2的源极、第四开关管Q4的源极三者相连;

第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极相连,且该相连端连接LCC型补偿网络中串联电感Lp的其中一端,第三开关管Q3的源极与第四开关管Q4的漏极相连,且该相连端连接LCC型补偿网络中并联补偿电容CP的其中一端、发射线圈中内阻RT的其中一端;LCC型补偿网络中串联电感Lp的另一端、LCC型补偿网络中并联补偿电容CP的另一端、发射线圈中补偿电容CT的其中一端三者相对接;发射线圈中补偿电容CT的另一端与发射线圈电感LT的其中一端相对接,发射线圈中内阻RT的另一端与发射线圈电感LT的另一端相对接;发射线圈电感LT与各负载分别所连接收端中接收线圈电感Lm线圈互感无线连接,其中,m={1、....、n},n表示全部负载的数量;

各负载分别所连接收端的结构彼此相同,各接收端分别还包括整流器、滤波电容Cfm,各接收端的结构中:接收线圈电感Lm的其中一端与接收线圈补偿电容Cm的其中一端相连接,接收线圈电感Lm的另一端与接收线圈内阻Rm的其中一端相连接;接收线圈内阻Rm的另一端与整流器交流侧的其中一端相连,接收线圈补偿电容Cm的另一端与整流器交流侧的另一端相连;整流器直流侧的其中一端与滤波电容Cfm的其中一端相连,且该相连端连接对应负载的其中一端;整流器直流侧的另一端与滤波电容Cfm的另一端相连,且该相连端连接对应负载的另一端。

4.根据权利要求3所述一种多频多负载无线电能传输控制方法,其特征在于:所述单频能量传输控制中,逆变器交流侧输出电压US经发射线圈向各负载分别所连接收端中接收线圈的方向进行无线发射状态下,根据如下公式:获得各负载所连接收端中归算至整流器交流侧的负载等效电阻RLeqm,其中,RLeqm表示第m个负载所连接收端中归算至整流器交流侧的负载等效电阻,RLm表示第m个负载的电阻;接着根据如下公式:获得各接收端的阻抗Zm,其中,Zm表示第m个负载所连接收端的阻抗,ωo表示逆变器的工作角频率,l为虚数单位, Lm表示第m个负载所连接收端的接收线圈电感,Cm表示第m个负载所连接收端的接收线圈补偿电容,Rm表示第m个负载所连接收端的接收线圈内阻;

然后基于各接收器接收线圈之间互感为0,根据如下公式:

依次获得反射阻抗Zref、等效输入阻抗ZS,其中,MTm表示发射线圈与第m个负载所连接收端中接线圈之间的互感,//表示两对象之间组成的并联关系;

最后基于j表示与目标负载工作频率相同的各负载被控排序中、该各负载的序号根据如下公式:

获得与目标负载工作频率相同的各负载所接受的电压增益Kj(ωo)RLeqj,其中,RLeqj表示被控排序中第j个负载所连接收端中归算至整流器交流侧的负载等效电阻,Kj(ωo)RLeqj表示被控排序中第j个负载所接受的电压增益,Zj表示被控排序中第j个负载所连接收端的阻抗,MTj表示发射线圈与被控排序中第j个负载所连接收端中接线圈之间的互感。

5.根据权利要求3所述一种多频多负载无线电能传输控制方法,其特征在于:所述双频能量传输中,逆变器交流侧输出电压 经发射线圈向各负载分别所连接收端中接收线圈的方向进行无线发射状态下,以及逆变器交流侧输出电压 经发射线圈向各负载分别所连接收端中接收线圈的方向进行无线发射状态下,根据如下公式:获得各负载所连接收端中归算至整流器交流侧的负载等效电阻RLeqm,其中,RLeqm表示第m个负载所连接收端中归算至整流器交流侧的负载等效电阻,RLm表示第m个负载的电阻;接着根据如下公式:获得各接收端对应第k目标负载的阻抗 其中, 表示第m个负载所连接收端对应第k目标负载的阻抗,ωok表示逆变器第k桥臂开关管的工作角频率,l为虚数单位, Lm表示第m个负载所连接收端的接收线圈电感,Cm表示第m个负载所连接收端的接收线圈补偿电容,Rm表示第m个负载所连接收端的接收线圈内阻;

然后基于各接收器接收线圈之间互感为0,根据如下公式:

依次获得对应第k目标负载的反射阻抗 对应第k目标负载的等效输入阻抗 其中,MTm表示发射线圈与第m个负载所连接收端中接线圈之间的互感,//表示两对象之间组成的并联关系;

最后基于e表示与第1目标负载工作频率相同的各负载的第1被控排序中、该各负载的序号,以及g表示与第2目标负载工作频率相同的各负载的第2被控排序中、该各负载的序号,根据如下公式:获得与第1目标负载工作频率相同的各负载所接受的电压增益 其中,RLeqe表示第1被控排序中第e个负载所连接收端中归算至整流器交流侧的负载等效电阻,表示第1被控排序中第e个负载所接受的电压增益, 表示第1被控排序中第e个负载所连接收端的阻抗,MTe表示发射线圈与第1被控排序中第e个负载所连接收端中接线圈之间的互感;

以及获得与第2目标负载工作频率相同的各负载所接受的电压增益 其中,

RLeqg表示第2被控排序中第g个负载所连接收端中归算至整流器交流侧的负载等效电阻,表示第2被控排序中第g个负载所接受的电压增益, 表示第2被控排序中第g个负载所连接收端的阻抗,MTg表示发射线圈与第2被控排序中第g个负载所连接收端中接线圈之间的互感。