CN105391191A - 一种适用于双向无线电能传输系统的功率在线调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于双向无线电能传输系统的功率在线调节方法。具备在双向无线电能传输系统中实时连续无极调节输出功率的功能。针对双向无线电能传输系统的输出功率特点，给出通过控制高频逆变输出电压的方式来控制功率的调节方法。该调节方法简单易行，具备在初级侧或次级侧单独实施，或在两侧同时实施的特点，能够在双侧实现对充电功率的实时调节以防止电池的过充和过放问题。

Description

一种适用于双向无线电能传输系统的功率在线调试方法

技术领域

本发明涉及一种双向无线电能传输系统的控制方法。

背景技术

双向无线电能传输系统由于其能够实现能量的双向流动，因而系统的1侧和2侧具有对等的拓扑，特别适用于电动汽车之间的无线供电。

由于电动汽车的车载电池储能有限，当双向无线电能传输系统适用于电动汽车时，电动汽车可以作为电能的接收方或电能的提供方；无论是其对其他车辆进行放电工作，还是其他电动汽车对其进行充电供电，功率的调节都尤为关键。当其作为电源向其他电动汽车进行充电时，必须要在满足自身的功率需求情况下进行，同时要能够对放电的功率实时控制，避免过放现象；当其他电动汽车向其进行充电时，为了方便自身调节接收功率或主动控制接收功率以抑制过充现象。

传统双向无线电能传输系统中，传输功率都是取决于放电侧的功率，在充电侧不进行功率的控制，其不足之处就在于充电侧无法主动适应充电功率，而是只能被动接受；因此，在某些场合下，会出现由于过充而损坏设备的危险。

发明内容

发明目的：为了克服现有方案的不足，提出一种适用于双向无线电能传输系统的功率在线调试方法，能够实时连续无极调节双向无线电能传输系统的无线传输功率。

技术方案：一种适用于双向无线电能传输系统的功率在线调试方法，调控双向无线电能传输系统中1侧和/或2侧的全桥可逆整流器的驱动脉冲重叠角，实现双向无线电能传输系统的传输功率的调节；通过控制1侧的驱动脉冲重叠角增大和/或2侧的驱动脉冲重叠角增大来防止双向无线电能传输系统的过放和过冲现象。

作为本发明的优选方案，所述驱动脉冲重叠角的调整范围为0°～180°。

有益效果：本发明的一种适用于双向无线电能传输系统的功率在线调试方法，考虑到双向无线电能传输系统无线传输功率受到1侧和2侧电能变换器出口电压的影响的特点，利用连续控制电能变换器驱动脉冲重叠角来连续调节电能变换器的输出电压并以此调节输出功率，同时避免两侧电池过充和过放的现象。

本发明方法的特点是双向无线电能传输系统的无线传输功率P_out与两侧电能变换器的电压幅值有着密切关系。利用两侧电能变换器开关管驱动脉冲重叠角的连续可控的特点来控制两侧电能变换器电压的幅值，进而连续无极控制系统的输出功率。本发明具有可靠性高，控制独立、误动作小的特点。能够在1侧和2侧不进行信息交互的情况下实现输出功率的连续无极可调。同时，放电侧能够控制放电功率而避免过放，充电侧能够主动适应充电功率而避免过充，因而可以实现对两侧电池的保护。

附图说明

图1为双向无线电能传输系统结构示意图；

图2为基于重叠角控制的电能变换器电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

一种适用于双向无线电能传输系统的功率在线调试方法，其双向无线电能传输系统如图1所示，其1侧和2侧具有对等的拓扑。1侧包含电池1、谐振线圈L₁₁、补偿电容C₁、串联电感L_m、1侧的电能变换器以及驱动控制器1。2侧包含电池2、谐振线圈L₂₁、补偿电容C₂、串联电感L_n、2侧的电能变换器以及驱动控制器2；其中，电感值L_m＝L₁₁＝L₀，L_n＝L₂₁＝L₁，两个电能变换器均为单相全桥可逆整流器，以1侧对拓扑结构进行说明：驱动控制器1用于控制单相全桥可逆整流器的四个开关管，单相全桥可逆整流器连接电池1和由谐振线圈L₁₁、补偿电容C₁、串联电感L_m组成的LCL网络；1侧和2侧通过谐振线圈L₁₁和谐振线圈L₂₁之间的互感M进行耦合。

在满足磁耦合谐振式无线电能传输系统谐振工作角频率条件时，即 $\mathrm{\ω}=\frac{1}{sqrt\left(L_{11}{C}_1\right)}=\frac{1}{sqrt\left(L_{21}{C}_2\right)}=\frac{1}{sqrt\left(L_m{C}_1\right)}=\frac{1}{sqrt\left(L_n{C}_2\right)},$ 系统的传输功率 $P_{out}=\frac{1}{2}\frac{M}{{\mathrm{\ωL}}_0{L}_1}{U}_{AB}{U}_{CD}sin\mathrm{\θ};$ 其中，U_AB为1侧单相全桥可逆整流器输出电压，U_CD为2侧单相全桥可逆整流器输出电压，θ为U_AB和U_CD之间的相位差，θ用以控制1侧和2侧之间功率流动的方向。

根据传输功率表达式可知，无线传输功率的大小同时受到1侧单相全桥可逆整流器输出电压U_AB和2侧单相全桥可逆整流器输出电压U_CD的影响，本发明方法利用驱动控制器1及驱动控制器2来控制各自侧的单相全桥可逆整流器的驱动脉冲重叠角α和β来调节电压U_AB和U_CD的大小。1侧的驱动脉冲重叠角α和2侧的驱动脉冲重叠角β均可从0°连续变化至180°，相应地，U_AB和U_CD的有效值从连续变化至0，从而无线传输功率P_out可随U_AB和U_CD连续变化。

如图2所示，以1侧为例，对单相全桥可逆整流器输出电压U_AB的调整是通过调整u_AN1和u_BN1实现的，定义单相全桥可逆整流器的两个输出口为点A、B，点N1为电池1的负极，u_AN1为点A与点N1之间的电压，u_BN1为点B与点N1之间的电压。为了防止双向无线电能传输系统的过放和过冲现象，当从电池1向电池2充电过程中，通过增大1侧的驱动脉冲重叠角α来防止1侧电池1过放和避免2侧电池2过充；同时，为避免2侧电池2过充，还可通过增大2侧的驱动脉冲重叠角β来进一步的调节。

当从电池2向电池1充电过程中，通过增大2侧的驱动脉冲重叠角β来防止2侧电池2过放和避免1侧电池1过充；同时，为避免1侧电池1过充，还可通过增大1侧的脉冲重叠角α来进一步的调节。通过驱动控制器1调节单相全桥可逆整流器的开关管，使得u_AN1和u_BN1的波形存在如图所示的相位重叠部分，即改变该驱动脉冲重叠角α的大小调整U_AB的大小，其关系为：V1为电池1的输出电压；同理可得V2为电池2的输出电压；从而得到双向无线电能传输系统的传输功率 $P_{out}=\frac{8}{{\mathrm{\π}}^2}\frac{M}{{\mathrm{\ωL}}_0{L}_1}{u}_{AB}{u}_{CD}cos\frac{\mathrm{\α}}{2}cos\frac{\mathrm{\β}}{2}sin\mathrm{\θ}.$

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种适用于双向无线电能传输系统的功率在线调试方法，其特征在于：调控双向无线电能传输系统中1侧和/或2侧的全桥可逆整流器的驱动脉冲重叠角，实现双向无线电能传输系统的传输功率的调节；通过控制1侧的驱动脉冲重叠角增大和/或2侧的驱动脉冲重叠角增大来防止双向无线电能传输系统的过放和过冲现象。

2.根据权利要求1所述的适用于双向无线电能传输系统的功率在线调试方法，其特征在于：所述驱动脉冲重叠角的调整范围为0°～180°。