【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线充电变频控制领域，特别是一种基于lcc-p拓扑补偿网络的双路径变频控制系统及方法。
技术介绍
1、近年来，随着科技的发展以及全球对节能和环保的重视加强，变频控制技术迅速发展。许多领域，如hvac系统、工业电机控制以及电力牵引等，都离不开变频控制技术的支持。在hvac系统中，变频控制用于调节制冷剂流量以及压缩机转速，以追求最大化能源效率；在工业电机控制领域，变频控制能够显著优化电机性能并提高效率，同时实现电机的软启动，进而延长其使用寿命；在电力牵引系统，变频控制用于调节牵引电机转速以实现列车精确速度控制并节能运行。
2、变频控制技术是一种实现电机高效节能运行和精确控制的方式，能够降低不必要能源浪费并提高生产效率。在无线充电领域，变频控制技术主要体现在变频调节上。传统的变频调节方式通常采用dc-dc变换器进行调节，即在接收端加入dc-dc变换器，以此实现恒定的电压输出或电流输出。然而，这种调节方式存在许多不足。dc-dc变换器的加入使得系统设计变得复杂，不符合简化设计的理念，并且dc-dc变换器会消耗一部分能量，导致系统效率降低。此外，该方式会增加系统接收端的重量和体积，不利于无人机的飞行。另一种常用的调节方式为切换补偿网络，即通过开关器件改变无线充电系统的拓扑补偿网络，以此达到恒流或恒压输出的效果。但是，此种调节方式仍然会在一定程度上增加系统接收端的重量和体积。
3、此外，传统的变频调节方式往往只注重充电系统由恒流模式向恒压模式的转变，而忽略了在实际电路中，锂电池在充电时，其电池负载会随着
4、由于绝大多数锂电池均采用直流充电，一般考虑其电池负载为欧姆内阻。欧姆内阻虽然是锂离子电池的固有电阻，可以认为在一定的soc状态下是固定的。但是，在充电过程中，随着锂离子从正极向负极迁移，电子通过外电路从负极流向正极，电流会逐渐增加。由于欧姆电阻的存在，电池两端的电压会逐渐升高。在电池开始充电时，由于锂离子还没有完全嵌入到负极材料中，欧姆电阻较大，电压上升较快。所以，随着充电的进行，锂离子逐渐嵌入到负极材料中，欧姆电阻会逐渐减小；当电池充满时，欧姆电阻达到最小值。由于实际电路中电池负载变化会在一定程度上影响电路的谐振关系，从而使得充电系统在实际运用中无法真正实现恒压、恒流充电，导致实际充电效率比仿真得到的充电效率低得多。
5、综上所述，目前尚无一种研究方法能使无线充电系统中的lcc-p拓扑补偿结构在不改变补偿电容、电感连接方式的情况下，自动在电池电压的临界点实现恒流充电到恒压充电的转换，并且在闭环回路中减轻负载变化对电路谐振状态的影响，真正实现恒压、恒流充电。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于lcc-p拓扑补偿网络的双路径变频控制系统及方法，实现了基于lcc-p拓扑补偿网络的无线充电系统由恒流模式到恒压模式的自动转换，并且能够在闭环控制中减轻负载变化对电路谐振状态的影响，真正实现无线充电系统的恒压、恒流充电。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于lcc-p拓扑补偿网络的双路径变频控制系统，该系统包括电压检测电路、变频控制器，所述变频控制器包括电路控制模块和自适应调节模块，其中：
3、所述电压检测电路，用于实时监测电池电压；
4、所述电路控制模块，在感应到电池电压变化时控制逆变器做出改变，实现无线充电系统从恒流模式到恒压模式的切换；
5、所述自适应调节模块，在无线充电系统正常运行中，根据负载的变化自动调节逆变器输出交流信号的频率。
6、进一步地，当电压检测电路检测到电池电压达到由恒流充电转变为恒压充电的临界电压时，将检测结果反馈给变频控制器。
7、进一步地，所述变频控制器采用pid控制方式，具体如下：
8、pid控制的输出是比例、积分和微分三个部分的加权和；权重由比例常数、积分常数和微分常数确定；通过不断地测量系统的输出和目标值，并根据误差计算pid控制的输出调整量，系统逐渐接近目标值并保持稳定。
9、进一步地，变频控制器通过控制逆变器，采用spwm调制法对逆变器输出交流信号的频率进行调节。
10、一种基于lcc-p拓扑补偿网络的双路径变频控制方法，基于所述的双路径变频控制系统，该方法包括以下步骤：
11、步骤1、确定一个恒流谐振频率，根据恒流的谐振条件以及给定的原副线圈电感值，配置拓扑补偿电容及电感；
12、步骤2、根据已配置拓扑补偿电容、电感和恒压条件下的谐振条件，计算出恒压模式下的谐振频率；
13、步骤3、无线充电系统开始工作时，电压检测电路实时监测无线充电系统的电池电压，当达到临界值时反馈给变频控制器；
14、步骤4、变频控制器接收到电压检测电路的反馈后，控制逆变器改变输出交流信号的频率，实现恒流模式到恒压模式的转换；
15、步骤5、无线充电系统工作时，变频控制器根据负载的变化，调节逆变器输出交流信号的频率，减轻负载变化对电路谐振状态的影响。
16、进一步地，步骤1中，确定一个恒流谐振频率，根据恒流的谐振条件以及给定的原副线圈电感值，配置拓扑补偿电容及电感，具体如下：
17、首先确定一个恒流谐振频率作为初始值，然后根据恒流模式条件下的谐振关系，配置拓扑补偿网络的电容和电感的参数值；
18、lcc-p恒流输出模式等效电路需要满足谐振关系如下，
19、
20、
21、其中，w1为恒流输出模式谐振条件下的频率，l1为原边串联补偿电感，c1为原边并联补偿电容，c2为原边串联补偿电容；lp2为恒流输出模式下副边线圈的等效电感，m为原、副边线圈互感，c3为副边并联补偿电容。
22、进一步地，步骤2中，根据已配置拓扑补偿电容、电感和恒压条件下的谐振条件，计算出恒压模式下的谐振频率，具体如下：
23、通过步骤1配置好的拓扑补偿参数以及恒压模式下的谐振关系，计算出恒压模式下的谐振频率；
24、lcc-p恒压输出模式等效电路需要满足谐振关系如下，
25、
26、
27、其中，lp1_2为恒压输出模式下原边线圈的等效电感，w2为恒压力输出模式谐振条件下的频率，cs1_2为恒压输出模式下原边串联补偿电容的等效电容。
28、进一步地，步骤3中，无线充电系统开始工作时，电压检测电路实时监测无线充电系统的电池电压，当达到临界值时反馈给变频控制器，具体如下：
29、变频控制器采用pid控制方式，pid控制的输出是比例、积分和微分三个部分的加权和，权重由比例常数、积分常数和微分常数确定，通过不断地测量系统的输出和目标值，并根据误差计算pid控制的输出调整量，逐渐接近目标值并保持稳定；
30、变频控制系统包括pid控制器和被控逆变器，pid控制器根据设定的目标值r(t)和实际输出值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于LCC-P拓扑补偿网络的双路径变频控制系统，其特征在于，该系统包括电压检测电路、变频控制器，所述变频控制器包括电路控制模块和自适应调节模块，其中：
2.根据权利要求1所述的基于LCC-P拓扑补偿网络的双路径变频控制系统，其特征在于，当电压检测电路检测到电池电压达到由恒流充电转变为恒压充电的临界电压时，将检测结果反馈给变频控制器。
3.根据权利要求1所述的基于LCC-P拓扑补偿网络的双路径变频控制系统，其特征在于，所述变频控制器采用PID控制方式，具体如下：
4.根据权利要求1所述的基于LCC-P拓扑补偿网络的双路径变频控制系统，其特征在于，变频控制器通过控制逆变器，采用SPWM调制法对逆变器输出交流信号的频率进行调节。
5.一种基于LCC-P拓扑补偿网络的双路径变频控制方法，其特征在于，基于权利要求1～4任一项所述的双路径变频控制系统，该方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于LCC-P拓扑补偿网络的双路径变频控制方法，其特征在于，步骤1中，确定一个恒流谐振频率，根据恒流的谐振条件以及给定的原副线圈电
7.根据权利要求5所述的基于LCC-P拓扑补偿网络的双路径变频控制方法，其特征在于，步骤2中，根据已配置拓扑补偿电容、电感和恒压条件下的谐振条件，计算出恒压模式下的谐振频率，具体如下：
8.根据权利要求5所述的基于LCC-P拓扑补偿网络的双路径变频控制方法，其特征在于，步骤3中，无线充电系统开始工作时，电压检测电路实时监测无线充电系统的电池电压，当达到临界值时反馈给变频控制器，具体如下：
9.根据权利要求5所述的基于LCC-P拓扑补偿网络的双路径变频控制方法，其特征在于，步骤4中，变频控制器接收到电压检测电路的反馈后，控制逆变器改变输出交流信号的频率，实现恒流模式到恒压模式的转换，具体如下：
10.根据权利要求5所述的基于LCC-P拓扑补偿网络的双路径变频控制方法，其特征在于，步骤5中，无线充电系统工作时，变频控制器根据负载的变化，调节逆变器输出交流信号的频率，减轻负载变化对电路谐振状态的影响，具体如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于lcc-p拓扑补偿网络的双路径变频控制系统，其特征在于，该系统包括电压检测电路、变频控制器，所述变频控制器包括电路控制模块和自适应调节模块，其中：
2.根据权利要求1所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的双路径变频控制系统，其特征在于，当电压检测电路检测到电池电压达到由恒流充电转变为恒压充电的临界电压时，将检测结果反馈给变频控制器。
3.根据权利要求1所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的双路径变频控制系统，其特征在于，所述变频控制器采用pid控制方式，具体如下：
4.根据权利要求1所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的双路径变频控制系统，其特征在于，变频控制器通过控制逆变器，采用spwm调制法对逆变器输出交流信号的频率进行调节。
5.一种基于lcc-p拓扑补偿网络的双路径变频控制方法，其特征在于，基于权利要求1～4任一项所述的双路径变频控制系统，该方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于lcc-p拓扑补偿网络的双路径变频控制方法，其特征在于，步骤1中，确定一个恒流谐振...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏婷，刘顺玉，刘雨彤，吴皓天，邢耿豪，陈静，杨永钦，迟阔，王咸鹏，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
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