CN107895071A - 一种获取无源谐振元件参数的方法、装置及设备 - Google Patents
一种获取无源谐振元件参数的方法、装置及设备 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了获取无源谐振元件参数的方法，包括获取无源谐振元件参数与相关运算数值的第一对应关系；根据基尔霍夫电压定律计算电流有效值；根据第一对应关系和电流有效值获得在***功率点Po的无源谐振元件电压有效值与相关运算数值的第二对应关系；根据第二对应关系确定无源谐振元件最大电压值的最小值Umin；根据最小值Umin确定最优电容参数CE，将最优电容参数CE输入第一对应关系，获得无源谐振元件参数。该方法可有效限制***无源谐振元件的最大电压，提高了***整体的可靠性与安全裕度。本申请还公开了获取无源谐振元件参数的装置、设备及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。
Description
技术领域
本申请涉及无线电能传输领域，特别涉及一种获取无源谐振元件参数的方法，还涉及一种获取无源谐振元件参数的装置、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
无线电能传输方式可分为基于磁场耦合方式的感应能量传输(inductive powertransfer，IPT)和基于电场耦合方式的电容能量传输(capacitive power transfer，CPT)。其中，磁场耦合式传输功率较大，距离较远，效率较高，但由于IPT的工作原理，存在成本高，重量大，对金属敏感，产生涡流损耗等一系列问题。电场耦合式作为同磁场耦合对偶的一种工作方式，采用的时高频交变电场传递能量，仅用轻薄廉价的铝板或铜板作为发射接收极，且在周围存在金属物体时，泄露电场不会在其中引起涡流损耗，对位置偏移具有很好的鲁棒性，在动态供电、电动汽车充电等方面有特有的优势。
现有技术中，在较远距离条件下，电场耦合机构耦合容值一般在pf范围，但是大部分CPT的研究中都使用简单的电感串联补偿方式，这大大增加了能量传输的困难，补偿拓扑的优化可通过提升CPT***的功率和效率来实现，但由于CPT***的耦合电容较小，需要在高频下进行能量传输，这将导致***的无源谐振元件承受较大电压，尤其是在功率等级提升后，即在***最大功率点，该问题将更加显著。然而过大的电压可能会击穿元件，导致参数漂移***失去稳定性，甚至安全问题。
因此，如何有效限制***无源谐振元件的最大电压，提高***整体的可靠性与安全裕度是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种获取无源谐振元件参数的方法，该方法可有效限制***无源谐振元件的最大电压，提高了***整体的可靠性与安全裕度；本发明的另一目的是提供一种获取无源谐振元件参数的装置、设备及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。
为解决上述技术问题，本申请提供一种获取无源谐振元件参数的方法，该方法包括：
获取无源谐振元件参数与相关运算数值的第一对应关系；其中，所述相关运算数值包括等效耦合极板容值CEM、电容参数CE和***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat；
根据基尔霍夫电压定律计算电流有效值；
根据所述第一对应关系和所述电流有效值获得在***功率点Po的无源谐振元件电压有效值与所述相关运算数值的第二对应关系；
根据所述第二对应关系确定所述无源谐振元件最大电压值的最小值Umin；
根据所述最小值Umin确定最优电容参数CE，将所述最优电容参数CE输入所述第一对应关系，获得所述无源谐振元件参数。
优选的，第一对应关系具体为：
其中，Cp、Lp、Lm、Ls为无源谐振元件参数；式中β＝CE+2CEM、ω＝2πf。
优选的，所述第二对应关系具体为：
其中，UCp、ULp、ULm、ULs、为无源谐振元件电压有效值，Po为***功率点；式中α＝ωCEUbat，β＝CE+2CEM，
优选的，所述根据所述第二对应关系确定所述无源谐振元件最大电压值的最小值Umin包括：根据所述第二对应关系利用公式确定所述最小值Umin。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种获取无源谐振元件参数的装置，包括：
第一获取模块，用于获取无源谐振元件参数与相关运算数值的第一对应关系；其中，所述相关运算数值包括等效耦合极板容值CEM、电容参数CE和***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat；
计算模块，用于根据基尔霍夫电压定律计算电流有效值；
第二获取模块，用于根据所述第一对应关系和所述电流有效值获得在***功率点Po的无源谐振元件电压有效值与所述相关运算数值的第二对应关系；
确定模块，用于根据所述第二对应关系确定所述无源谐振元件最大电压值的最小值Umin；
第三获取模块，用于根据所述最小值Umin确定最优电容参数CE，将所述最优电容参数CE输入所述第一对应关系，获得所述无源谐振元件参数。
优选的，所述确定模块具体为根据所述第二对应关系利用确定所述最小值Umin的模块；
其中，UCp、ULp、ULm、ULs、为无源谐振元件电压有效值。
为解决上述问题，本申请还提供一种获取无源谐振元件参数的设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任意一项所述获取无源谐振元件参数的方法的步骤。
为解决上述问题，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项所述获取无源谐振元件参数的方法的步骤。
本申请所提供的一种获取无源谐振元件参数的方法，包括获取无源谐振元件参数与相关运算数值的第一对应关系；其中，所述相关运算数值包括等效耦合极板容值CEM、电容参数CE和***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat；根据基尔霍夫电压定律计算电流有效值；根据所述第一对应关系和所述电流有效值获得在***功率点Po的无源谐振元件电压有效值与所述相关运算数值的第二对应关系；根据所述第二对应关系确定所述无源谐振元件最大电压值的最小值Umin；根据所述最小值Umin确定最优电容参数CE，将所述最优电容参数CE输入所述第一对应关系，获得所述无源谐振元件参数。
可见，本申请所提供的技术方案，根据各无源谐振元件的电压仅与极板并联电容CE呈函数关系，通过合理的选取CE参数，使得无源谐振元件的最大电压为最小值，有效地限制了***无源谐振元件的最大电压，从而实现了优化电压的目标，进一步提高了***整体的可靠性与安全裕度，保障了***能够安全、稳定的运行。
本申请还提供了一种获取无源谐振元件参数的装置、设备及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请所提供的一种获取无源谐振元件参数的方法的流程示意图；
图2为本申请所提供的一种电场耦合式无线电能传输***拓扑的示意图；
图3为本申请所提供的一种电场耦合式无线电能传输***耦合机构的三维示意图；
图4为本申请所提供的一种获取无源谐振元件参数的装置的示意图；
图5为本申请所提供的一种获取无源谐振元件参数的设备的示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种获取无源谐振元件参数的方法，该方法可有效限制***无源谐振元件的最大电压，提高了***整体的可靠性与安全裕度；本发明的另一核心是提供一种获取无源谐振元件参数的装置、设备及计算机可读存储介质，均具有上述有益效果。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，图1为本申请所提供的一种获取无源谐振元件参数的方法的流程示意图，该方法可以包括：
S101：获取无源谐振元件参数与相关运算数值的第一对应关系；其中，相关运算数值包括等效耦合极板容值CEM、电容参数CE和***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat；
具体的，本发明采用电场耦合式无线电能传输***，请参考图2，图2为本申请所提供的一种电场耦合式无线电能传输***拓扑的示意图。该电场耦合式无线电能传输***由功率MOSFET器件S1～S4构成的高频逆变器，整流二极管D1～D4构成的整流桥，滤波电容Cf、电池等效负载Rdc及本发明需要进行电压优化的耦合电容CEM1、CEM2，并联在耦合极板两旁的电容CE1、CE2，补偿元件Lp、Cp、Lm、Ls组成。其中，Lp、Cp、Lm、Ls即为无源谐振元件参数。
具体的，可以先根据应用需求确定上述耦合极板CEM1、CEM2的边长及空气间隙，***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat。具体的，请参考图3，图3为本申请所提供的一种电场耦合式无线电能传输***耦合机构的三维示意图，l为耦合极板的边长，d为空气间隙，c为两极板距离，均水平放置。其中，可以为耦合极板CEM1、CEM2设计相同的尺寸及空气间隙，即上述l和d相同，则等效耦合极板容值CEM为
进一步，电容CE1、CE2与耦合极板并联，其满足CE1＝CE2＝CE。由此，即可获得无源谐振元件参数与等效耦合极板CEM、***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat及电容参数CE的关系。其中，可以将上述等效耦合极板CEM、***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat及电容参数CE统称为用于获取无源谐振元件参数的相关运算数值。
优选的，第一对应关系具体为：
其中，Cp、Lp、Lm、Ls为无源谐振元件参数；式中β＝CE+2CEM、ω＝2πf。
S102：根据基尔霍夫电压定律计算电流有效值；
S103：根据第一对应关系和电流有效值获得在***功率点Po的无源谐振元件电压有效值与相关运算数值的第二对应关系；
具体的，根据基尔霍夫电压定律计算获得各支路的电流有效值后，即可根据已获得的第一对应关系和电流有效值进行计算，即可获得在***功率点Po***的无源谐振元件电压有效值与等效耦合极板CEM、***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat及电容参数CE的关系，即无源谐振元件电压有效值与相关运算数值的关系。
优选的，第二对应关系具体为：
其中，UCp、ULp、ULm、ULs、为无源谐振元件电压有效值，Po为***功率点；式中α＝ωCEUbat，β＝CE+2CEM，
S104：根据第二对应关系确定无源谐振元件最大电压值的最小值Umin；
具体的，基于已获得的第一关系可知，***无源谐振元件电压有效值仅与电容参数CE呈函数关系。可以以步长0.1pf绘制各电容参数CE对应的各无源谐振元件最大电压有效值的变化曲线，以确定无源谐振元件最大电压值的最小值Umin。
优选的，根据第二对应关系确定无源谐振元件最大电压值的最小值Umin包括：根据第二对应关系按公式确定最小值Umin：
具体的，可以根据变化曲线，获取各个无源谐振元件最大电压值，其中使***无源谐振元件电压最大值最小的，即Umin为在应用场合需求下的最优CE参数。
S105：根据最小值Umin确定最优电容参数CE，将最优电容参数CE输入第一对应关系，获得无源谐振元件参数。
具体的，可以将最优电容参数CE代入第二对应关系，即可得到在设计极板CEM1、CEM2、输入电压Ubus，输出电压Ubat、以及***频率f下，使各无源谐振元件的最大电压值最小的***元件参数。
本申请所提供的一种获取无源谐振元件参数的方法，可以根据各无源谐振元件的电压仅与极板并联电容CE呈函数关系，通过合理的选取CE参数，使得无源谐振元件的最大电压为最小值，有效地限制了***无源谐振元件的最大电压，从而实现了优化电压的目标，进一步提高了***整体的可靠性与安全裕度，保障了***能够安全、稳定的运行。
为解决上述问题，请参考图4，图4为本申请所提供的一种获取无源谐振元件参数的装置的示意图，该装置包括：
第一获取模块1，用于获取无源谐振元件参数与相关运算数值的第一对应关系；其中，相关运算数值包括等效耦合极板容值CEM、电容参数CE和***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat；
计算模块2，用于根据基尔霍夫电压定律计算电流有效值；
第二获取模块3，用于根据第一对应关系和电流有效值获得在***功率点Po的无源谐振元件电压有效值与相关运算数值的第二对应关系；
确定模块4，用于根据第二对应关系确定无源谐振元件最大电压值的最小值Umin；
第三获取模块5，用于根据最小值Umin确定最优电容参数CE，将最优电容参数CE输入第一对应关系，获得无源谐振元件参数。
优选的，确定模块4具体用于根据第二对应关系按公式确定最小值Umin：
其中，UCp、ULp、ULm、ULs、为无源谐振元件电压有效值。
对于本发明提供的装置的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不做赘述。
为解决上述问题，请参考图5，图5为本申请所提供的一种获取无源谐振元件参数的设备的示意图，该设备包括：
存储器10，用于存储计算机程序；
处理器20，用于执行计算机程序时实现如下步骤：
获取无源谐振元件参数与相关运算数值的第一对应关系；其中，相关运算数值包括等效耦合极板容值CEM、电容参数CE和***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat；根据基尔霍夫电压定律计算电流有效值；根据第一对应关系和电流有效值获得在***功率点Po的无源谐振元件电压有效值与相关运算数值的第二对应关系；根据第二对应关系确定无源谐振元件最大电压值的最小值Umin；根据最小值Umin确定最优电容参数CE，将最优电容参数CE输入第一对应关系，获得无源谐振元件参数。
对于本发明提供的设备的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不做赘述。
为解决上述问题，本申请还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：
获取无源谐振元件参数与相关运算数值的第一对应关系；其中，相关运算数值包括等效耦合极板容值CEM、电容参数CE和***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat；根据基尔霍夫电压定律计算电流有效值；根据第一对应关系和电流有效值获得在***功率点Po的无源谐振元件电压有效值与相关运算数值的第二对应关系；根据第二对应关系确定无源谐振元件最大电压值的最小值Umin；根据最小值Umin确定最优电容参数CE，将最优电容参数CE输入第一对应关系，获得无源谐振元件参数。
对于本发明提供的计算机可读存储介质的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不做赘述。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的获取无源谐振元件参数的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围要素。
Claims (8)
1.一种获取无源谐振元件参数的方法，其特征在于，包括：
获取无源谐振元件参数与相关运算数值的第一对应关系；其中，所述相关运算数值包括等效耦合极板容值CEM、电容参数CE和***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat；
根据基尔霍夫电压定律计算电流有效值；
根据所述第一对应关系和所述电流有效值获得在***功率点Po的无源谐振元件电压有效值与所述相关运算数值的第二对应关系；
根据所述第二对应关系确定所述无源谐振元件最大电压值的最小值Umin；
根据所述最小值Umin确定最优电容参数CE，将所述最优电容参数CE输入所述第一对应关系，获得所述无源谐振元件参数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一对应关系具体为：
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其中，Cp、Lp、Lm、Ls为无源谐振元件参数；式中β＝CE+2CEM、ω＝2πf。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二对应关系具体为：
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其中，UCp、ULp、ULm、ULs、为无源谐振元件电压有效值，Po为***功率点；式中α＝ωCEUbat，β＝CE+2CEM，
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二对应关系确定所述无源谐振元件最大电压值的最小值Umin包括：根据所述第二对应关系利用公式确定所述最小值Umin。
5.一种获取无源谐振元件参数的装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取无源谐振元件参数与相关运算数值的第一对应关系；其中，所述相关运算数值包括等效耦合极板容值CEM、电容参数CE和***的运行频率f、输入电压Ubus、输出电压Ubat；
计算模块，用于根据基尔霍夫电压定律计算电流有效值；
第二获取模块，用于根据所述第一对应关系和所述电流有效值获得在***功率点Po的无源谐振元件电压有效值与所述相关运算数值的第二对应关系；
确定模块，用于根据所述第二对应关系确定所述无源谐振元件最大电压值的最小值Umin；
第三获取模块，用于根据所述最小值Umin确定最优电容参数CE，将所述最优电容参数CE输入所述第一对应关系，获得所述无源谐振元件参数。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述确定模块具体为根据所述第二对应关系利用确定所述最小值Umin的模块；
其中，UCp、ULp、ULm、ULs、为无源谐振元件电压有效值。
7.一种获取无源谐振元件参数的设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任意一项所述获取无源谐振元件参数的方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任意一项所述获取无源谐振元件参数的方法的步骤。
Priority Applications (1)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family Applications (1)
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Citations (3)
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2017
- 2017-11-03 CN CN201711071054.7A patent/CN107895071B/zh active Active
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