CN105490347B - 一种电动汽车非接触充电系统脉冲频率调制控制策略 - Google Patents
一种电动汽车非接触充电系统脉冲频率调制控制策略 Download PDFInfo
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Abstract
一种电动汽车非接触充电系统脉冲频率调制控制策略,其特征在于所述的控制策略在电动汽车非接触充电系统的地面端电压Uin、车载端电压Uo和系统效率η均相对恒定的情况下，地面端电流Iin和车载端电流Io呈线性关系，地面端电流Iin能够代替车载端电流Io作为反馈量，控制电动汽车非接触充电系统高频逆变器的工作频率；在开环情况下，电动汽车非接触充电系统的地面端电流Iin随着工作频率的升高而单调下降，通过控制系统工作频率f得到稳定的地面端电流Iin，从而得到对应的车载端电流Io。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车非接触充电系统的控制方法。
背景技术
非接触电能传输是人类长久以来的梦想，自尼古拉斯.特斯拉以来，研究者从未放弃对该领域的探索，但一直以来进展十分缓慢。直到2006年美国MIT学者提出磁谐振耦合式无线能量传输技术并在2007年成功的在2m的距离点亮了一只60W的灯泡，非接触电能传输技术迅速成为了一个世界范围内的研究热点。
由于接触式电动汽车充电时，充电桩插头与电动汽车上的充电插座直接电气连接带来很多问题，存在较多限制，随着电力电子变换、无线能量传输等技术的发展，电动汽车非接触充电技术逐渐成为现实。非接触充电系统的频率-输出电流是一个非线性的控制对象，而且这个控制对象特性会随着电池的SOC状况，系统参数的变动，非接触充电系统的传输距离的变化而发生微小的改变。这种情况下，该控制系统很难建立起精确的数学模型，难以用传统理论来控制该系统。同时由于电动汽车非接触充电系统车载端物理量(如输出电压、电流等)传输到地面端具有不确定的延时性、容易丢帧和通信不稳定，很难作为唯一的控制依据，
目前在无线系统中，控制策略专利申请较少。一般传统的控制策略都是可以通过采集电路直接获取的，然后通过控制策略控制系统输出，如中国专利：CN 105006973 A“一种原边反馈反激式电源变换器输出电流的恒流控制系统”通过采集电路采集变压器副边信息，根据采集信息对原边MOS管进行控制。对于非接触充电系统地面端信息不能直接获取，只能通过无线通信方式间接获取，传统控制策略不能满足控制要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有电动汽车非接触充电系统车载端物理量，如输出电压、电流等，传输到地面端具有不确定的延时性、容易丢帧和通信不稳定，难以作为唯一的控制依据的缺点，提出一种电动汽车非接触充电系统脉冲频率调制控制策略。本发明综合考虑地面端信息和车载端信息，有效提高了系统稳定性。
本发明控制策略通过车载端控制器采集车载端电压Uo和电流Io，通过无线通信RF433将信息传送给电动汽车非接触充电系统的地面端控制器，地面端控制器采集地面端电压Uin、电流Iin，再根据接收的车载端电压Uo、电流Io控制电动汽车非接触充电系统的高频逆变器频率f，最终实现输出电流跟随。
本发明的控制策略原理是在地面端电压Uin、车载端电压Uo和系统效率η都相对恒定的情况下，地面端电流Iin和车载端电流Io呈线性关系，地面端电流Iin可以代替车载端电流Io作为反馈量控制控制电动汽车非接触充电系统高频逆变器的工作频率。在开环情况下，地面端电流Iin随着工作频率的升高而单调下降，可以通过控制工作频率f得到稳定的地面端电流Iin，从而得到对应的车载端电流Io。
本发明根据车载端电流目标值Ios和当前系统效率η的值，得到所要控制的地面端电流期望值Iis，通过模糊控制实现车载端电流Io跟随车载端电流目标值Ios。
具体步骤如下：
1)计算系统n-1时刻效率η(n-1)，计算公式如式(1)所示：
其中Uo(n-1)为n-1时刻地面端电压值，Io(n-1)为n-1时刻地面端电流值，Ui(n-1)为n-1时刻车载端电压值，Ii(n-1)为n-1时刻车载端电流值。
2)根据n-1时刻效率η(n-1)和设定的车载端电流目标值Ios，计算系统n时刻地面端电流期望值Iisn，计算公式如式(2)所示：
其中Uon为n时刻车载端电压值，Ios为设定的车载端电流目标值，Uin为n时刻地面端电压值，Iin为n时刻地面端电流值。
3)根据n时刻地面端电流值Iin和地面端电流目标值Iisn的差值Δi控制地面端高频逆变器的输出频率f，最终实现车载端电流Io跟随车载端电流目标值Ios。
附图说明
图1应用本发明的电动汽车非接触充电系统结构框图；
图2控制策略流程图；
图3地面端电流Iin随系统工作频率的变化曲线。
具体实施方式
以下结合附图对具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，应用本发明的电动汽车非接触充电系统包括地面端电能发送设备，非接触电能传输单元和车载端电能接收设备。地面端电能发送设备包括地面端整流、高频逆变器和地面端控制器；非接触电能传输单元包括地面端线圈L0和车载端线圈L1；车载端电能接收设备包括车载端整流和车载端控制器。车载端控制器采集车载端电压Uo和电流Io，通过无线通信RF433将信息传送给地面端控制器，地面端控制器采集地面端电压Uin和电流Iin，再根据接收的车载端电压Uo、电流Io控制逆变器频率f，最终实现输出电流跟随。
地面端发送设备输入端连接220V交流电源，地面端发送设备的输出端连接非接触电能传输单元输入端，非接触电能传输单元的输出端连接车载端电能接收设备，车载端电能接收设备输出端连接负载；地面端发送设备将交流220V电源信号通过逆变转换为高频信号，经过非接触电能传输单元的输出端发送出去，车载端电能接收设备接收高频信号，将高频信号整流成直流信号给负载充电。
电压Uin、电压Uo和系统效率η都相对恒定的情况下，电流Iin和电流Io呈线性关系，电流Iin可以代替电流Io作为反馈量控制控制非接触充电系统高频逆变器的工作频率。如图3所示，在开环情况下，电流Iin随着工作频率的升高而单调下降的区间内，可以通过控制工作频率f得到稳定的电流Iin，从而得到对应的电流Io。
根据车载端电流目标值Ios和系统当前效率值η得到所要控制的地面端电流目标值Iis，通过模糊控制实现车载端电流Io跟随车载端电流目标值Ios。
本发明具体步骤如下：
1)计算非接触充电系统n-1时刻的效率η(n-1)，计算公式如(1)所示：
其中：Uo(n-1)为n-1时刻地面端电压值，Io(n-1)为n-1时刻地面端电流值，Ui(n-1)为n-1时刻车载端电压值，Ii(n-1)为n-1时刻车载端电流值。
2)根据非接触充电系统n-1时刻的效率η(n-1)和车载端电流目标值Ios，Ios为设定值，计算非接触充电系统n时刻的地面端电流期望值Iisn，计算公式如(2)所示：
其中：Uon为n时刻车载端电压值，Ios为车载端电流目标值，Uin为n时刻地面端电压值，Iin为n时刻地面端电流值。
3)根据n时刻地面端电流值Iin和地面端电流目标值Iisn的差值Δi，控制地面端电能发送设备的高频逆变器的输出频率f，最终实现车载端电流Io跟随车载端电流目标值Ios。
地面端电流值Iin为系统输入量，车载端电流Io为系统输出量，这种通过控制输入量完成稳定输出的控制方式在控制理论中称为前馈控制，可以构成一个典型的反馈-前馈控制系统。以车载端无线通信反馈的电压Uo，电流Io修正前馈控制的目标值Iis。
Claims (1)
1.一种电动汽车非接触充电系统脉冲频率调制控制策略,其特征在于：所述的控制策略在电动汽车非接触充电系统的地面端电压Uin、车载端电压Uo和系统效率η均相对恒定的情况下，地面端电流Iin和车载端电流Io呈线性关系，地面端电流Iin能够代替车载端电流Io作为反馈量，控制电动汽车非接触充电系统高频逆变器的工作频率；在开环情况下，电动汽车非接触充电系统的地面端电流Iin随着工作频率的升高而单调下降，通过控制系统工作频率f得到稳定的地面端电流Iin，从而得到对应的车载端电流Io；
所述的控制策略根据车载端电流目标值Ios和系统当前效率值η得到所要控制的地面端电流期望值Iis，通过模糊控制实现车载端电流Io跟随车载端电流目标值Ios；
具体步骤如下：
1)计算所述电动汽车非接触充电系统n-1时刻效率η(n-1)：
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其中Uo(n-1)为n-1时刻地面端电压值，Io(n-1)为n-1时刻地面端电流值，Ui(n-1)为n-1时刻车载端电压值，Ii(n-1)为n-1时刻车载端电流值；
2)根据所述电动汽车非接触充电系统n-1时刻效率η(n-1)和设定的车载端电流目标值Ios，计算电动汽车非接触充电系统n时刻地面端电流期望值Iisn：
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其中Uon为n时刻车载端电压值，Ios为车载端电流目标值，Uin为n时刻地面端电压值，Iin为n时刻地面端电流值；
3)根据n时刻地面端电流值Iin和地面端电流目标值Iisn的差值Δi控制地面端高频逆变器的输出频率f，最终实现车载端电流Io跟随车载端电流目标值Ios。
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