【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线充电技术，特别是一种基于s-s-p补偿三线圈切换的无线充电系统及控制方法。
技术介绍
1、无线电能传输(wireless power transmission，wpt)又称非接触式电能传输，根据传输介质的不同可分为磁场、电场、微波等不同的传输类型，解决了传统有线插拔式充电系统的诸多限制，具有安全、便携、适用性强等优势，目前已经广泛地应用于电动汽车、巡检无人机和消费电子等
典型锂电池的充电参数如图1所示，其主要充电模态包括恒流(constant current，cc)充电和恒压(constant voltage,cv)充电两种方式。起始阶段，电池在恒流模式下以预设的充电电流进行充电，在充电过程中电压不断增大，当电压上升至预设充电电压时，电池由恒流模式转换为恒压模式进行充电，在充电过程中电流不断减小，当充电电流减小到某一特定值时，充电过程结束。电池等效电阻在整个充电过程中逐渐增大，因此对于wpt系统的设计需要考虑以下两个因素：第一，为了延长电池的使用寿命，动力电池充电先恒流再恒压，直至动力电池完全充满，变换器实现恒流-恒压分段输出。第二，为了提高效率和避免无功功率损耗，系统的等效输入阻抗应尽量为纯电阻性。因此，对电池进行恒流和恒压模式充电，并且确保系统在cc和cv模式下均运行在zpa状态是至关重要的。
2、现有研究中，不少学者选择了混合拓扑切换方法并进行了深入的研究。文献[1]通过引入一个额外的中继线圈，该中继线圈与原有的发射和接收线圈处于同一水平面，避免了对系统空间的额外要求。通过一系列的理论
3、参考文献：
4、[1]yang l,li x,xu z,et al.analysis and design of a high-efficiencythree-coil wpt system with constant current output[j].iet electricapplications,2020,14(10):1933-1943；
5、[2]l yang,l.ren,y.shi,m.wang,et al.analysis and design of an s/s/p-compensated three-coil structure wpt system with constant current andconstant voltage output[j].ieee journal of emerging and selected topics inpower electronics,2023,11(3),pp:2487-2500；
6、[3]耿直,王萌,王灿,等.基于拓扑切换的三线圈恒流恒压无线充电系统研究[j].电源学报,2022。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的首要目的在于提供一种基于s-s-p补偿三线圈切换的无线充电系统，该系统仅通过5个补偿电容和两个交流开关的不同组合状态就可以实现zpa状态下的cc和cv输出，系统无需额外的无线通讯模块辅助，所含补偿元件少，在一定程度上减少了系统体积和成本。
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种基于s-s-p补偿三线圈切换的无线充电系统，包括直流电源、全桥高频逆变器、谐振级、全桥整流器和负载，其关键在于：所述谐振级包括发射线圈、中继线圈、接收线圈以及相应的补偿电容，所述发射线圈与原边补偿电容串联在高频逆变器的输出端上，所述接收线圈与第一副边补偿电容并联在全桥整流器的输入端，在所述第一副边补偿电容上还并联有带第一断路开关的第二副边补偿电容，所述中继线圈与第一中继补偿电容形成串联谐振回路，在第一中继补偿电容上还并联有带第二断路开关的第二中继补偿电容；
4、当需要恒流输出时，所述第一断路开关处于断开状态，所述第二断路开关处于闭合状态；
5、当需要恒压输出时，所述第一断路开关处于闭合状态，所述第二断路开关处于断开状态。
6、可选地，在恒流输出状态下，所述中继线圈处于不谐振状态。
7、可选地，在恒压输出状态下，所述中继线圈和所述接收线圈均处于不谐振状态。
8、可选地，谐振级中各个元器件的参数设置满足：
9、
10、其中：a、b均为中间变量，ω为系统工作角频率，mps为发射线圈和接收线圈之间的互感，mpt为发射线圈和中继线圈之间的互感，mts为中继线圈和接收线圈之间的互感，zp为发射线圈lp和原边补偿电容cp构成的串联谐振回路等效阻抗，ztv为中继线圈lt和中继补偿电容ctv构成的串联谐振回路等效阻抗，中继补偿电容ctv为第一中继补偿电容单独接入时的等效电容；ztc为中继线圈lt和中继补偿电容ctc构成的串联谐振回路等效阻抗，中继补偿电容ctc为第一中继补偿电容和第二中继补偿电容并联等效电容，zs1为接收线圈等效阻抗，zs2v为副边补偿电容cs2v等效阻抗，副边补偿电容cs2v为第一副边补偿电容和第二副边补偿电容并联时的等效电容；zs2c为副边补偿电容cs2c等效阻抗，副边补偿电容cs2c为第一副边补偿电容单独接入时的等效电容。
11、可选地，在恒流输出状态下，所述发射线圈和接收线圈配置为谐振状态。
12、可选地，在恒压输出状态下，所述发射线圈配置为谐振状态。
13、可选地，中继线圈和接收线圈设置在负载设备上，所述负载设备上设置有充电电压检测装置、充电电流检测装置和控制装置，当充电电压达到预设充电电压时，通过控制装置改变第一断路开关和第二断路开关的工作状态实现恒流模式和恒压模式的切换，当充电电流小于预设阈值时，停止充电。
14、此外，基于上述系统，本专利技术还提出一种基于s-s-p补偿三线圈切换的无线充电系统的控制方法，其关键在于，包括以下步骤：
15、s1：当负载需要充电时，通过所述控制装置控制所述第一断路开关处于断开状态，所述第二断路开关处于闭合状态，使其工作在恒流模式；
16、s2：通过所述充电电压检测装置检测充电电压，当充电电压达到预设充电电压时，通过所述控制装置控制所述第一断路开关处于闭合状态，所述第二断路开关处于断开状态，使其工作在恒压模式；
17、s3：通过充电电流检测装置检测充电电流是否小于预设阈值，当充电电流小于预设阈值时，控制装置控制负载设备移出充本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于S-S-P补偿三线圈切换的无线充电系统，包括直流电源、全桥高频逆变器、谐振级、全桥整流器和负载，其特征在于：所述谐振级包括发射线圈、中继线圈、接收线圈以及相应的补偿电容，所述发射线圈与原边补偿电容串联在高频逆变器的输出端上，所述接收线圈与第一副边补偿电容并联在全桥整流器的输入端，在所述第一副边补偿电容上还并联有带第一断路开关的第二副边补偿电容，所述中继线圈与第一中继补偿电容形成串联谐振回路，在第一中继补偿电容上还并联有带第二断路开关的第二中继补偿电容；
2.根据权利要求1所述的基于S-S-P补偿三线圈切换的无线充电系统，其特征在于：在恒流输出状态下，所述中继线圈处于不谐振状态。
3.根据权利要求1所述的基于S-S-P补偿三线圈切换的无线充电系统，其特征在于：在恒压输出状态下，所述中继线圈和所述接收线圈均处于不谐振状态。
4.根据权利要求1所述的基于S-S-P补偿三线圈切换的无线充电系统，其特征在于：谐振级中各个元器件的参数设置满足：
5.根据权利要求2所述的基于S-S-P补偿三线圈切换的无线充电系统，其特征在于：在恒流输
6.根据权利要求3所述的基于S-S-P补偿三线圈切换的无线充电系统，其特征在于：在恒压输出状态下，所述发射线圈配置为谐振状态。
7.根据权利要求1-6任一所述的基于S-S-P补偿三线圈切换的无线充电系统，其特征在于：中继线圈和接收线圈设置在负载设备上，所述负载设备上设置有充电电压检测装置、充电电流检测装置和控制装置，当充电电压达到预设充电电压时，通过控制装置改变第一断路开关和第二断路开关的工作状态实现恒流模式和恒压模式的切换，当充电电流小于预设阈值时，停止充电。
8.一种如权利要求7所述的基于S-S-P补偿三线圈切换的无线充电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于s-s-p补偿三线圈切换的无线充电系统，包括直流电源、全桥高频逆变器、谐振级、全桥整流器和负载，其特征在于：所述谐振级包括发射线圈、中继线圈、接收线圈以及相应的补偿电容，所述发射线圈与原边补偿电容串联在高频逆变器的输出端上，所述接收线圈与第一副边补偿电容并联在全桥整流器的输入端，在所述第一副边补偿电容上还并联有带第一断路开关的第二副边补偿电容，所述中继线圈与第一中继补偿电容形成串联谐振回路，在第一中继补偿电容上还并联有带第二断路开关的第二中继补偿电容；
2.根据权利要求1所述的基于s-s-p补偿三线圈切换的无线充电系统，其特征在于：在恒流输出状态下，所述中继线圈处于不谐振状态。
3.根据权利要求1所述的基于s-s-p补偿三线圈切换的无线充电系统，其特征在于：在恒压输出状态下，所述中继线圈和所述接收线圈均处于不谐振状态。
4.根据权利要求1所述的基于s-s-p补偿三线圈切...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁彦，吴战礼，凌龙，耿直，陆虹辰，许海鹏，董金熹，王智慧，沈涛，丁惠贤，陈冠霖，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司柳州供电局，
类型：发明
国别省市：
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