CN105515142A - 用于非接触充电系统的负载控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于非接触充电系统的负载控制方法和装置。该用于非接触充电系统的负载控制方法包括：检测电能转换装置的输出端的等效电阻；判断等效电阻是否恒定；如果等效电阻不恒定，则计算控制三相整流装置的第一占空比信号和控制直流降压电路的第二占空比信号；利用第一占空比信号调节三相整流装置的输出电压，并且利用第二占空比信号调节直流降压电路的等效电阻，以使电能转换装置的输出端的等效电阻恒定。通过本发明，解决了由于等效电阻的不恒定而导致的非接触充电电能转换装置的效率较低的问题，达到了提高了非接触充电电能转换装置的工作效率的效果。

Description

用于非接触充电系统的负载控制方法和装置

技术领域

本发明涉及非接触充电领域，具体而言，涉及一种用于非接触充电系统的负载控制方法和装置。

背景技术

通常为电动车的供电设备为锂电池，例如，电动汽车中的动力电池。电动汽车对充电时间、安全性等方面有很高的要求，一方面，为保证电动汽车的日常使用，充电时间不能过长，要求充电时间较短，这就需要采用较大功率的充电方式；另一方面为延长电池寿命、保护电池的充电安全，需对充电过程进行限流，现有技术中对电池的限流保护的主要方法为：在充电的开始阶段进行恒流充电，当电池电压达到一定的值，进行恒压充电。

电池充电过程中，恒流充电时，充电电流保持不变，充电电压缓慢升高；恒压充电时充电电压不变，充电电流缓慢减小。两种工作状态充电功率实时变化，充电时充电电压与充电电流的比值(电池的等效电阻)实时变化。感应式非接触充电系统对接收端后端等效电路的负载值要求比较精确，未能匹配的负载值会造成电池的等效电阻的实时变化，而非接触充电电能转换装置效率最优时需要其后端等效电阻恒定，因此由于等效电阻的不恒定而导致非接触充电电能转换装置的效率较低。

针对现有技术中由于等效电阻的不恒定而导致的非接触充电电能转换装置的效率较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于非接触充电系统的负载控制方法和装置，以解决由于等效电阻的不恒定而导致的非接触充电电能转换装置的效率较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于非接触充电系统的负载控制方法。根据本发明的用于非接触充电系统的负载控制方法包括：一种用于非接触充电系统的负载控制方法，其特征在于，非接触充电系统包括电能转换装置，以及连接在电能转换装置的输入端的三相整流装置、连接在电能转换装置的输出端的直流降压电路、连接在直流降压电路的输出端的蓄电池，负载控制方法包括：执行以下步骤，直至电能转换装置的输出端的等效电阻恒定：检测电能转换装置的输出端的等效电阻；判断等效电阻是否恒定；如果等效电阻不恒定，则计算控制三相整流装置的第一占空比信号和控制直流降压电路的第二占空比信号；利用第一占空比信号调节三相整流装置的输出电压，并且利用第二占空比信号调节直流降压电路的等效电阻，以使电能转换装置的输出端的等效电阻恒定。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种用于非接触充电系统的负载控制装置。根据本发明的用于非接触充电系统的负载控制装置包括：所述非接触充电系统非接触充电系统包括电能转换装置，以及连接在电能转换装置的输入端的三相整流装置、连接在电能转换装置的输出端的直流降压电路、连接在直流降压电路的输出端的蓄电池，负载控制装置调用以下单元，直至电能转换装置的输出端的等效电阻恒定，包括：检测单元，用于检测电能转换装置的输出端的等效电阻；判断单元，用于判断等效电阻是否恒定；计算单元，用于在等效电阻不恒定时，计算控制三相整流装置的第一占空比信号和控制直流降压电路的第二占空比信号；调节单元，用于利用第一占空比信号调节三相整流装置的输出电压，并且利用第二占空比信号调节直流降压电路的等效电阻，以使电能转换装置的输出端的等效电阻恒定。

通过本发明，通过实时的改变占空比信号B的值，保持非接触充电电能转换装置后端等效电阻不变，恒定的等效电阻使得非接触充电电能转换装置工作在效率最优的状态。与此同时，蓄电池充电过程中，功率实时变化，通过调节占空比信号A，改变三相整流装置输出电压U1，间接改变非接触充电电能转换装置的输出电压，实现充电功率的实时变化，以调整电能转换装置后端等效电阻的恒定，从而解决了现有技术中由于等效电阻的不恒定而导致的非接触充电电能转换装置的效率较低的问题，达到了提高了非接触充电电能转换装置的工作效率的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的非接触充电系统的硬件装置示意图；

图2是根据本发明实施例的负载控制方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的控制器计算匹配参数的流程图；

图4是根据本发明优选实施例的的负载控制方法的流程图；以及

图5是根据本发明负载控制装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供了一种用于非接触充电系统的负载控制方法。该负载控制方法可以用于非接触充电系统中，该非接触充电系统可以如图1所示。如图所示，该非接触充电系统包括电能转换装置20，以及连接在电能转换装置的输入端的三相整流装置10、连接在电能转换装置的输出端的直流降压电路30、连接在直流降压电路的输出端的蓄电池40。在该非接触充电系统中还包括三相整流装置10输出端的电压电流采样电路601，电能转换装置20输出端的电压电流采样电路602，以及直流降压电路30输出端的电压电流采样电路603。该负载控制方法可以由图1所示的非接触充电系统中的控制器50执行。

以下结合图2至图4对本发明实施例的非接触充电系统的负载控制方法进行说明。该负载控制方法执行以下步骤，直至电能转换装置的输出端的等效电阻恒定：

步骤S202，检测电能转换装置的输出端的等效电阻；

步骤S204，判断等效电阻是否恒定；

步骤S206，如果有效电阻不恒定，则计算控制三相整流装置的第一占空比信号和控制直流降压电路的第二占空比信号；

步骤S208，利用第一占空比信号调节三相整流装置的输出电压，并且利用第二占空比信号调节直流降压电路的等效电阻，以使电能转换装置的输出端的等效电阻恒定。

通过图1所示的电压电流采样电路602采集电能转换装置的输出端的等效电阻。并判断检测到的等效电阻是否恒定，由于电能转换装置的输出端的等效电阻恒定时该非接触充电系统的充电效率最高，因此，当判断出等效电阻不恒定时，计算控制三相整流装置的第一占空比信号和控制直流降压电路的第二占空比信号，分别调节三相整流装置的输出电压和直流降压电路的等效电阻，从而使得电能转换装置的输出端的等效电阻恒定。

上述实施例中，通过实时的改变占空比信号B的值，保持非接触充电电能转换装置后端等效电阻不变，恒定的等效电阻使得非接触充电电能转换装置工作在效率最优的状态。与此同时，蓄电池充电过程中，功率实时变化，通过调节占空比信号A，改变三相整流装置输出电压U1，间接改变非接触充电电能转换装置的输出电压，实现充电功率的实时变化，以调整电能转换装置后端等效电阻的恒定，从而提高了非接触充电电能转换装置的工作效率。

在对蓄电池充电之前，检测电能转换装置的输出端的等效电阻包括

步骤S301，对未上电时的蓄电池进行电压信号采样，得到第一采样电压。

步骤S302，判断第一采样电压是否大于预设电压值，其中，预设电压值为蓄电池的电池荷电状态的90％。

步骤S303，在判断出第一采样电压小于预设电压值时，确定蓄电池的充电模式为恒流充电。在判断出第一采样电压大于等于预设电压值时，确定蓄电池的充电模式为恒压充电。

具体地，蓄电池两端电压E(k)采样，通过电流电压采样电路603将电压E(k)输入到控制器50。根据蓄电池两端电压E(k)判断电池状态，确定进行恒流充电或者恒压充电。具体为：对E(k)进行判断，在控制器中预设电压值E(0)，预设电压值E(0)为锂电池电池荷电状态(Stateofcharge，简称SOC)为90％时所对应的电压。E(k)大于或等于预设的电压值E(0)时，对电池进行恒压充电；E(k)小于预设的电压值E(0)时，对电池进行恒流充电。

充电模式的判断结束后，对蓄电池进行供电，控制器输出占空比信号A至输出电压可调的三相整流装置，输出占空比信号B至直流降压电路，占空比信号A为α1(0)，占空比信号B为α2(0)，α1(0)、α2(0)为预设值，预设值设定的原则为使得直流降压电路输出电压U0(k)、输出电流I0(k)不要过大。

通过电压电流采样电路对蓄电池两端的电压U0(k)、电流I0(k)进行采样，结合之前测到的未上电时的蓄电池两端的电压值E(k)，计算占空比信号，如图3所示。

(1)当需要进行恒流充电时，执行图3所示的步骤S3031至步骤S3035。

步骤S3031，给定预设占空比信号A和预设占空比信号B。

步骤S3033，进行采样，得到U0(k)和I0(k)。

步骤S3035，控制器计算，匹配α1(k+1)和α2(k+1)。

在控制器内依照式(4.1)～(4.3)进行计算：

$U_o(k+1)=I_o\left(0\right)\·\frac{u_o\left(k\right)-E\left(k\right)}{I_o\left(k\right)}+E\left(k\right)---\left(4.1\right)$

${\mathrm{\α}}_2(k+1)=\sqrt{\frac{U_o(k+1)}{I_o\left(0\right){\·R}_L}}---\left(4.2\right)$

$U_1(k+1)=\frac{U_o(k+1)}{{\mathrm{\α}}_2(k+1)\·m}---\left(4.3\right)$

式中：U0(k+1)为匹配后蓄电池两端所加电压值，I0(0)为恒流充电式充电电流值，E(k)为未上电之前的蓄电池两端的电压，U0(k)为供电后蓄电池两端电压，I0(k)为供电后通过蓄电池的电流，α2(k+1)为占空比信号B的值，R_L为非接触充电电能转换装置工作在最优效率时所需的等效电阻值，U1(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，m为非接触充电电能转换装置输入电压U1和输出电压U2比例关系，U2＝m·U1。根据上述公式计算得到占空比信号B的值α2(k+1)，以及三相整流装置所需输出的电压U1(k+1)，再根据三相整流装置内部的关系(4.2)计算出占空比信号A的值α1(k+1)。将计算得到的两个占空比信号输入所对应的设备，完成参数的初始匹配。

(2)当进行恒压充电时，执行图3所示的步骤S3032至步骤S3036。

步骤S3032，给定预设占空比信号A和预设占空比信号B。

步骤S3034，进行采样，得到U0(k)和I0(k)。

步骤S3036，控制器计算，匹配α1(k+1)和α2(k+1)。

在控制器内依照公式(4.4)～(4.6)进行计算：

$I_o(k+1)=\frac{U_o\left(0\right)-E\left(k\right)}{U_o\left(k\right)-E\left(k\right)}\·I_o\left(k\right)---\left(4.4\right)$

${\mathrm{\α}}_2(k+1)=\sqrt{\frac{U_o\left(0\right)}{I_o(k+1)\·R_L}}---\left(4.5\right)23$

$U_1(k+1)=\frac{U_o\left(0\right)}{{\mathrm{\α}}_2(k+1)\·m}---\left(4.6\right)24$

式中：I0(k+1)为匹配后通过蓄电池电流，U0(0)为恒流充电式充电电压值，U0(k)为供电后蓄电池电压，I0(k)为供电后通过蓄电池电流，α2(k+1)为匹配后占空比信号B的值，U1(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，计算后得到占空比信号B的值α2(k+1)以及三相整流装置所需输出的电压U1(k+1)，再根据计算出占空比信号A的值α1(k+1)，控制器将两个占空比信号输入所对应的设备，完成参数的初始匹配。

在对蓄电池进行充电之前，检测需要采用的充电模式，则进行充电时按照检测到的充电模式继续进行充电，在蓄电池上电后，对充电后的蓄电池的充电电压进行采样，得到第二采样电压；判断第二采样电压是否大于预设恒压充电电压；如果第二采样电压大于预设恒压充电电压，则采用恒压充电的充电模式对蓄电池充电；如果第二采样电压小于等于预设恒压充电电压，则采用恒流充电的充电模式对蓄电池充电。

对蓄电池充电电压U0(k)、充电电流I0(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)进行采样。判断蓄电池充电电压U0(k)是否达到预设恒压充电电压U0(0)，如果达到，则对蓄电池的充电模式由恒流充电转为恒压充电，即执行如图4所示的步骤S402至步骤S410；如果未达到，则继续恒流充电，即执行图4所示的步骤S401至步骤S409。

具体地，当蓄电池的充电模式为恒流充电时，判断等效电阻是否恒定包括：执行以下步骤，直至判断对蓄电池充电的充电电压小于等于预设充电电压，或者，计算第一占空比信号和第二占空比信号：

步骤S401，采集电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对蓄电池充电的充电电流和充电电压；

步骤S405，判断输出电压和输出电流之间的比值与预设等效电阻的第三差值是否大于电阻偏移量；

步骤S407，判断充电电流与预设充电电流的第四差值是否大于电流偏移量；

步骤S409，如果第三差值大于电阻偏移量，或者，第四差值大于电流偏移量，则计算第一占空比信号和第二占空比信号；

如果第三差值小于等于电阻偏移量，并且第四差值小于等于电流偏移量，则采集电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对蓄电池充电的充电电流和充电电压。

其中，在步骤S401和步骤S405之间还执行步骤S403，用于判断蓄电池的充电电压U0(k)是否达到预设恒压充电电压U0(0)，如果蓄电池的充电电压U0(k)达到预设恒压充电电压U0(0)，则继续进行横流充电，否则继续恒压充电。

按周期Δt进行蓄电池充电电压U0(k)、充电电流I0(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)的采样。判断非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)的比值偏离非接触充电电能转换装置工作在最优状态下的等效阻值R_L是否超过ΔR、电池充电电流I0(k)偏离预设充电电流I0(0)是否超过ΔI0，如果两者都未偏离预设值，重新进行蓄电池充电电压U0(k)、充电电流I0(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)的采样，监视电路工作状态；如果两者有一个偏离预设值，运行匹配子程序A，即执行步骤S409，匹配子程序A结束后重新进行蓄电池充电电压U0(k)、充电电流I0(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)进行采样，监视电路工作状态。

具体地，匹配子程序A的计算过程如下：周期Δt1增大三相整流装置的输出电压U1(N)，步进地增大U1(N)，根据三相整流装置内部的关系，通过步进地改变占空比信号A实现。对蓄电池充电电压Uo(N+1)、充电电流Io(N+1)进行采样，此过程进行三个周期，得到第一周期的采样结果Uo(1)、Io(1)，第二周期的采样结果Uo(2)、Io(2)，第三周期的采样结果Uo(3)、Io(3)，以上为匹配子程序A的数据采集方式，Δt1为数据的采集周期，Δt1的设定保证系统响应并达到一个新的稳态即可。采样结果输入到控制器，依照式(4.2)、(4.3)、(4.7)、(4.8)进行计算：

$R_i=\frac{\frac{U_o\left(1\right)-U_o\left(2\right)}{I_o\left(1\right)-I_o\left(2\right)}+\frac{U_o\left(2\right)-U_o\left(3\right)}{I_o\left(2\right)-I_o\left(3\right)}}{2}---\left(4.7\right)$

U_o(k+1)＝U_o(1)-R_i·I_o(1)+R_i·I_o(0)(4.8)

式中：R_i为计算所得蓄电池内阻，Uo(k+1)为匹配后蓄电池两端的电压值，Io(0)为恒流充电式充电电流值，α2(k+1)为此时匹配后的占空比信号B的值，R_L为非接触充电电能转换装置工作在最优效率时所需等效电阻值，U1(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，m为非接触充电电能转换装置输入电压U1和输出电压U2比例关系，U2＝m·U1。计算后得到占空比信号B的值α2(k+1)以及三相整流装置所需输出的电压U1(k+1)，再根据三相整流装置内部的关系计算出占空比信号的值α1(k+1)，控制器将两个占空比信号输入所对应的的设备，完成占空比信号A和占空比信号B的匹配，匹配子程序A结束。

具体地，当蓄电池的充电模式为恒压充电时，判断等效电阻是否恒定包括：执行以下步骤，直至判断对蓄电池充电的充电电流小于等于预设充电电流，或者，计算第一占空比信号和第二占空比信号，包括：

步骤S402，采集电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对蓄电池充电的充电电流和充电电压；

步骤S406，判断输出电压和输出电流之间的比值与预设等效电阻的第一差值是否大于电阻偏移量；

步骤S408，判断充电电压与预设充电电压的第二差值是否大于电压偏移量；

步骤S410，如果第一差值大于电阻偏移量，或者，第二差值大于电压偏移量，则计算第一占空比信号和第二占空比信号；如果第一差值小于等于电阻偏移量，并且第二差值小于等于电压偏移量，则采集电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对蓄电池充电的充电电流和充电电压。

在步骤S402至步骤S406之间还执行步骤S404，判断对蓄电池充电的充电电力是否大于预设充电电流，如果大于，则继续进行恒压充电。判断非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)的比值偏离非接触充电电能转换装置工作在最优状态下的等效阻值R_L是否超过ΔR、电池充电电流Uo(k)偏离预设充电电流Uo(0)是否超过ΔU0，如果两者都未偏离预设值，重新进行蓄电池充电电压Uo(k)、充电电流Io(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)的采样，监视电路工作状态；如果两者有一个偏离预设值，运行匹配子程序B，即执行步骤S410。匹配子程序B结束后重新进行蓄电池充电电压Uo(k)、充电电流Io(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)进行采样，监视电路工作状态。

其中预设了周期Δt、偏移量ΔR、偏移量ΔU0三个值。周期Δt为采样周期，不再赘述；ΔR越小非接触充电电能转换装置偏离最有效率工作点越小，ΔU0越小蓄电池充电电压偏离预设充电电压Uo(0)越小，整个方法的工作精度越高。

匹配子程序B与匹配子程序A的数据采集方式相同，所不同的在于控制器计算、匹配α1(k+1)、α2(k+1)步骤，控制器依照式(4.5)、(4.6)、(4.7)、(4.9)进行计算：

$I_o(k+1)=\frac{U_o\left(0\right)-U_o\left(1\right)+R_i\·I_o\left(1\right)}{R_i}---\left(4.9\right)$

式中：Ri为计算所得蓄电池内阻，Io(k+1)为匹配后蓄电池两端的电流值，Uo(0)为恒压充电式充电电压值，α2(k+1)为此时匹配后的占空比信号B的值，RL为非接触充电电能转换装置工作在最优效率时所需等效电阻值，U1(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，m为非接触充电电能转换装置输入电压U1和输出电压U2比例关系，U2＝m·U1。计算后得到占空比信号B的值α2(k+1)以及三相整流装置所需输出的电压U1(k+1)，再根据三相整流装置内部的关系计算出占空比信号A的值α1(k+1)，控制器将两个占空比信号输入所对应的设备，完成占空比信号A和占空比信号B的匹配，子程序B结束。

本发明的上述实施例中，提供了恒压充电、恒流充电两种充电方式，保证了电池的充电安全，延长了电池的使用寿命；利用降压电路的两端功率相同、电压电流不同且可以实时调节的特点，在电池端等效电阻改变的情况下，实时保持降压电路输入端的等效电阻不变，从而保证了电路实时的工作在最大效率点；通过设置控制器的预设值，可以将等效电阻的值、充电电流、充电电压等数据稳定在一个很高的精度上，使非接触充电系统的充电过程更加稳定。

本发明实施例的用于非接触充电系统的负载控制方法可以通过本发明实施例所提供的用于非接触充电系统的负载控制装置来执行，本发明实施例的用于非接触充电系统的负载控制装置也可以用于执行本发明实施例所提供的用于非接触充电系统的负载控制方法。

图5是根据本发明实施例的用于非接触充电系统的负载控制装置的示意图。非接触充电系统包括电能转换装置，以及连接在电能转换装置的输入端的三相整流装置、连接在电能转换装置的输出端的直流降压电路、连接在直流降压电路的输出端的蓄电池，负载控制装置调用以下单元，直至电能转换装置的输出端的等效电阻恒定，如图所示，该用于非接触充电系统的负载控制装置包括：检测单元100、判断单元200、计算单元300和调节单元400。

检测单元100用于检测电能转换装置的输出端的等效电阻；

判断单元200用于判断等效电阻是否恒定；

计算单元300用于在等效电阻不恒定时，计算控制三相整流装置的第一占空比信号和控制直流降压电路的第二占空比信号；

调节单元400用于利用第一占空比信号调节三相整流装置的输出电压，并且利用第二占空比信号调节直流降压电路的等效电阻，以使电能转换装置的输出端的等效电阻恒定。

通过图1所示的电压电流采样电路602采集电能转换装置的输出端的等效电阻。并判断检测到的等效电阻是否恒定，由于电能转换装置的输出端的等效电阻恒定时该非接触充电系统的充电效率最高，因此，当判断出等效电阻不恒定时，计算控制三相整流装置的第一占空比信号和控制直流降压电路的第二占空比信号，分别调节三相整流装置的输出电压和直流降压电路的等效电阻，从而使得电能转换装置的输出端的等效电阻恒定。

上述实施例中，通过实时的改变占空比信号B的值，保持非接触充电电能转换装置后端等效电阻不变，恒定的等效电阻使得非接触充电电能转换装置工作在效率最优的状态。与此同时，蓄电池充电过程中，功率实时变化，通过调节占空比信号A，改变三相整流装置输出电压U1，间接改变非接触充电电能转换装置的输出电压，实现充电功率的实时变化，以调整电能转换装置后端等效电阻的恒定，从而提高了非接触充电电能转换装置的工作效率。

检测单元可以在对蓄电池充电之前检测电能转换装置的输出端的等效电阻包括：第一采样模块，用于对未上电时的蓄电池进行电压信号采样，得到第一采样电压；第一判断模块，用于判断第一采样电压是否大于预设电压值，其中，预设电压值为蓄电池的电池荷电状态的90％，其中，在判断出第一采样电压小于预设电压值时，确定蓄电池的充电模式为恒流充电；在判断出第一采样电压大于等于预设电压值时，确定充电模式为恒压充电。

具体地，蓄电池两端电压E(k)采样，通过电流电压采样电路603将电压E(k)输入到控制器50。根据蓄电池两端电压E(k)判断电池状态，确定进行恒流充电或者恒压充电。具体为：对E(k)进行判断，在控制器中预设电压值E(0)，预设电压值E(0)为锂电池电池荷电状态(Stateofcharge，简称SOC)为90％时所对应的电压。E(k)大于或等于预设的电压值E(0)时，对电池进行恒压充电；E(k)小于预设的电压值E(0)时，对电池进行恒流充电。

充电模式的判断结束后，对蓄电池进行供电，控制器输出占空比信号A至输出电压可调的三相整流装置，输出占空比信号B至直流降压电路，占空比信号A为α1(0)，占空比信号B为α2(0)，α1(0)、α2(0)为预设值，预设值设定的原则为使得直流降压电路输出电压U0(k)、输出电流I0(k)不要过大。

通过电压电流采样电路对蓄电池两端的电压U0(k)、电流I0(k)进行采样，结合之前测到的未上电时的蓄电池两端的电压值E(k)，计算占空比信号，如图3所示。

(1)当需要进行恒流充电时，执行图3所示的步骤S3031至步骤S3035。

步骤S3031，给定预设占空比信号A和预设占空比信号B。

步骤S3033，进行采样，得到U0(k)和I0(k)。

步骤S3035，控制器计算，匹配α1(k+1)和α2(k+1)。

在控制器内依照式(4.1)～(4.3)进行计算：

$U_o(k+1)=I_o\left(0\right)\·\frac{u_o\left(k\right)-E\left(k\right)}{I_o\left(k\right)}+E\left(k\right)---\left(4.1\right)$

${\mathrm{\α}}_2(k+1)=\sqrt{\frac{U_o(k+1)}{I_o\left(0\right){\·R}_L}}---\left(4.2\right)$

$U_1(k+1)=\frac{U_o(k+1)}{{\mathrm{\α}}_2(k+1)\·m}---\left(4.3\right)$

式中：U0(k+1)为匹配后蓄电池两端所加电压值，I0(0)为恒流充电式充电电流值，E(k)为未上电之前的蓄电池两端的电压，U0(k)为供电后蓄电池两端电压，I0(k)为供电后通过蓄电池的电流，α2(k+1)为占空比信号B的值，R_L为非接触充电电能转换装置工作在最优效率时所需的等效电阻值，U1(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，m为非接触充电电能转换装置输入电压U1和输出电压U2比例关系，U2＝m·U1。根据上述公式计算得到占空比信号B的值α2(k+1)，以及三相整流装置所需输出的电压U1(k+1)，再根据三相整流装置内部的关系(4.2)计算出占空比信号A的值α1(k+1)。将计算得到的两个占空比信号输入所对应的设备，完成参数的初始匹配。

(2)当进行恒压充电时，执行图3所示的步骤S3032至步骤S3036。

步骤S3032，给定预设占空比信号A和预设占空比信号B。

步骤S3034，进行采样，得到U0(k)和I0(k)。

步骤S3036，控制器计算，匹配α1(k+1)和α2(k+1)。

在控制器内依照公式(4.4)～(4.6)进行计算：

$I_o(k+1)=\frac{U_o\left(0\right)-E\left(k\right)}{U_o\left(k\right)-E\left(k\right)}\·I_o\left(k\right)---\left(4.4\right)$

${\mathrm{\α}}_2(k+1)=\sqrt{\frac{U_o\left(0\right)}{I_o(k+1)\·R_L}}---\left(4.5\right)23$

$U_1(k+1)=\frac{U_o\left(0\right)}{{\mathrm{\α}}_2(k+1)\·m}---\left(4.6\right)24$

式中：I0(k+1)为匹配后通过蓄电池电流，U0(0)为恒流充电式充电电压值，U0(k)为供电后蓄电池电压，I0(k)为供电后通过蓄电池电流，α2(k+1)为匹配后占空比信号B的值，U1(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，计算后得到占空比信号B的值α2(k+1)以及三相整流装置所需输出的电压U1(k+1)，再根据计算出占空比信号A的值α1(k+1)，控制器将两个占空比信号输入所对应的设备，完成参数的初始匹配。

在对蓄电池进行充电之前，检测需要采用的充电模式，则进行充电时按照检测到的充电模式继续进行充电，在蓄电池上电后，检测单元还需要检测电能转换装置的输出端的等效电阻包括：第二采样模块，用于对充电后的蓄电池的充电电压进行采样，

得到第二采样电压；第二判断模块，用于判断第二采样电压是否大于预设恒压充电电压，其中，如果第二采样电压大于预设恒压充电电压，则采用恒压充电的充电模式对蓄电池充电；如果第二采样电压小于等于预设恒压充电电压，则采用恒流充电的充电模式对蓄电池充电。

对蓄电池充电电压U0(k)、充电电流I0(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)进行采样。判断蓄电池充电电压U0(k)是否达到预设恒压充电电压U0(0)，如果达到，则对蓄电池的充电模式由恒流充电转为恒压充电，即执行如图4所示的步骤S402至步骤S410；如果未达到，则继续恒流充电，即执行图4所示的步骤S401至步骤S409。

具体地，当蓄电池的充电模式为恒压充电时，判断单元调用以下模块，直至判断对蓄电池充电的充电电流小于等于预设充电电流，或者，计算第一占空比信号和第二占空比信号，包括：采集模块，用于采集电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对蓄电池充电的充电电流和充电电压；第一判断模块，用于判断输出电压和输出电流之间的比值与预设等效电阻的第一差值是否大于电阻偏移量；第二判断模块，用于判断充电电压与预设充电电压的第二差值是否大于电压偏移量；计算模块，用于在第一差值大于电阻偏移量，或者，第二差值大于电压偏移量时，计算第一占空比信号和第二占空比信号；如果第一差值小于等于电阻偏移量，并且第二差值小于等于电压偏移量，则第一采集模块采集电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对蓄电池充电的充电电流和充电电压。

其中，在步骤S401和步骤S405之间还执行步骤S403，用于判断蓄电池的充电电压U0(k)是否达到预设恒压充电电压U0(0)，如果蓄电池的充电电压U0(k)达到预设恒压充电电压U0(0)，则继续进行横流充电，否则继续恒压充电。

按周期Δt进行蓄电池充电电压U0(k)、充电电流I0(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)的采样。判断非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)的比值偏离非接触充电电能转换装置工作在最优状态下的等效阻值R_L是否超过ΔR、电池充电电流I0(k)偏离预设充电电流I0(0)是否超过ΔI0，如果两者都未偏离预设值，重新进行蓄电池充电电压U0(k)、充电电流I0(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)的采样，监视电路工作状态；如果两者有一个偏离预设值，运行匹配子程序A，即执行步骤S409，匹配子程序A结束后重新进行蓄电池充电电压U0(k)、充电电流I0(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)进行采样，监视电路工作状态。

具体地，匹配子程序A的计算过程如下：周期Δt1增大三相整流装置的输出电压U1(N)，步进地增大U1(N)，根据三相整流装置内部的关系，通过步进地改变占空比信号A实现。对蓄电池充电电压Uo(N+1)、充电电流Io(N+1)进行采样，此过程进行三个周期，得到第一周期的采样结果Uo(1)、Io(1)，第二周期的采样结果Uo(2)、Io(2)，第三周期的采样结果Uo(3)、Io(3)，以上为匹配子程序A的数据采集方式，Δt1为数据的采集周期，Δt1的设定保证系统响应并达到一个新的稳态即可。采样结果输入到控制器，依照式(4.2)、(4.3)、(4.7)、(4.8)进行计算：

$R_i=\frac{\frac{U_o\left(1\right)-U_o\left(2\right)}{I_o\left(1\right)-I_o\left(2\right)}+\frac{U_o\left(2\right)-U_o\left(3\right)}{I_o\left(2\right)-I_o\left(3\right)}}{2}---\left(4.7\right)$

U_o(k+1)＝U_o(1)-R_i·I_o(1)+R_i·I_o(0)(4.8)

式中：R_i为计算所得蓄电池内阻，Uo(k+1)为匹配后蓄电池两端的电压值，Io(0)为恒流充电式充电电流值，α2(k+1)为此时匹配后的占空比信号B的值，R_L为非接触充电电能转换装置工作在最优效率时所需等效电阻值，U1(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，m为非接触充电电能转换装置输入电压U1和输出电压U2比例关系，U2＝m·U1。计算后得到占空比信号B的值α2(k+1)以及三相整流装置所需输出的电压U1(k+1)，再根据三相整流装置内部的关系计算出占空比信号的值α1(k+1)，控制器将两个占空比信号输入所对应的的设备，完成占空比信号A和占空比信号B的匹配，匹配子程序A结束。

具体地，当蓄电池的充电模式为恒流充电时，判断单元调用以下模块，直至判断对蓄电池充电的充电电压小于等于预设充电电压，或者，计算第一占空比信号和第二占空比信号，包括：采集模块，用于采集电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对蓄电池充电的充电电流和充电电压；第一判断模块，用于判断输出电压和输出电流之间的比值与预设等效电阻的第三差值是否大于电阻偏移量；第二判断模块，用于判断充电电流与预设充电电流的第四差值是否大于电流偏移量；计算模块，用于在第三差值大于电阻偏移量，或者，第四差值大于电流偏移量时，计算第一占空比信号和第二占空比信号；如果第三差值小于等于电阻偏移量，并且第四差值小于等于电流偏移量，则采集模块采集电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对蓄电池充电的充电电流和充电电压。

判断非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)的比值偏离非接触充电电能转换装置工作在最优状态下的等效阻值R_L是否超过ΔR、电池充电电流Uo(k)偏离预设充电电流Uo(0)是否超过ΔU0，如果两者都未偏离预设值，重新进行蓄电池充电电压Uo(k)、充电电流Io(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)的采样，监视电路工作状态；如果两者有一个偏离预设值，运行匹配子程序B，即执行步骤S410。匹配子程序B结束后重新进行蓄电池充电电压Uo(k)、充电电流Io(k)以及非接触充电电能转换装置的输出电压U2(k)、电流I2(k)进行采样，监视电路工作状态。

其中预设了周期Δt、偏移量ΔR、偏移量ΔU0三个值。周期Δt为采样周期，不再赘述；ΔR越小非接触充电电能转换装置偏离最有效率工作点越小，ΔU0越小蓄电池充电电压偏离预设充电电压Uo(0)越小，整个方法的工作精度越高。

匹配子程序B与匹配子程序A的数据采集方式相同，所不同的在于控制器计算、匹配α1(k+1)、α2(k+1)步骤，控制器依照式(4.5)、(4.6)、(4.7)、(4.9)进行计算：

$I_o(k+1)=\frac{U_o\left(0\right)-U_o\left(1\right)+R_i\·I_o\left(1\right)}{R_i}---\left(4.9\right)$

式中：Ri为计算所得蓄电池内阻，Io(k+1)为匹配后蓄电池两端的电流值，Uo(0)为恒压充电式充电电压值，α2(k+1)为此时匹配后的占空比信号B的值，RL为非接触充电电能转换装置工作在最优效率时所需等效电阻值，U1(k+1)为匹配后三相整流装置所需输出的电压，m为非接触充电电能转换装置输入电压U1和输出电压U2比例关系，U2＝m·U1。计算后得到占空比信号B的值α2(k+1)以及三相整流装置所需输出的电压U1(k+1)，再根据三相整流装置内部的关系计算出占空比信号A的值α1(k+1)，控制器将两个占空比信号输入所对应的设备，完成占空比信号A和占空比信号B的匹配，子程序B结束。

本发明的上述实施例中，提供了恒压充电、恒流充电两种充电方式，保证了电池的充电安全，延长了电池的使用寿命；利用降压电路的两端功率相同、电压电流不同且可以实时调节的特点，在电池端等效电阻改变的情况下，实时保持降压电路输入端的等效电阻不变，从而保证了电路实时的工作在最大效率点；通过设置控制器的预设值，可以将等效电阻的值、充电电流、充电电压等数据稳定在一个很高的精度上，使非接触充电系统的充电过程更加稳定。

上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于非接触充电系统的负载控制方法，其特征在于，所述非接触充电系统包括电能转换装置，以及连接在所述电能转换装置的输入端的三相整流装置、连接在所述电能转换装置的输出端的直流降压电路、连接在所述直流降压电路的输出端的蓄电池，所述负载控制方法包括：

执行以下步骤，直至所述电能转换装置的输出端的等效电阻恒定：

检测所述电能转换装置的输出端的等效电阻；

判断所述等效电阻是否恒定；

如果所述等效电阻不恒定，则计算控制所述三相整流装置的第一占空比信号和控制所述直流降压电路的第二占空比信号；

利用所述第一占空比信号调节所述三相整流装置的输出电压，并且利用所述第二占空比信号调节所述直流降压电路的等效电阻，以使所述电能转换装置的输出端的等效电阻恒定。

2.根据权利要求1所述的负载控制方法，其特征在于，检测所述电能转换装置的输出端的等效电阻包括：

对未上电时的所述蓄电池进行电压信号采样，得到第一采样电压；

判断所述第一采样电压是否大于预设电压值，其中，所述预设电压值为所述蓄电池的电池荷电状态的90％；

在判断出所述第一采样电压小于所述预设电压值时，确定所述蓄电池的充电模式为恒流充电；

在判断出所述第一采样电压大于等于所述预设电压值时，确定所述充电模式为恒压充电。

3.根据权利要求1所述的负载控制方法，其特征在于，检测所述电能转换装置的输出端的等效电阻包括：

对充电后的所述蓄电池的充电电压进行采样，得到第二采样电压；

判断所述第二采样电压是否大于预设恒压充电电压；

如果所述第二采样电压大于所述预设恒压充电电压，则采用恒压充电的充电模式对所述蓄电池充电；

如果所述第二采样电压小于等于所述预设恒压充电电压，则采用恒流充电的充电模式对所述蓄电池充电。

4.根据权利要求2或3所述的负载控制方法，其特征在于，当所述蓄电池的充电模式为恒压充电时，判断所述等效电阻是否恒定包括：

执行以下步骤，直至判断对所述蓄电池充电的充电电流小于等于预设充电电流，或者，计算所述第一占空比信号和所述第二占空比信号：

采集所述电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对所述蓄电池充电的充电电流和充电电压；

判断所述输出电压和所述输出电流之间的比值与所述预设等效电阻的第一差值是否大于电阻偏移量；

判断所述充电电压与预设充电电压的第二差值是否大于电压偏移量；

如果所述第一差值大于所述电阻偏移量，或者，所述第二差值大于所述电压偏移量，则计算所述第一占空比信号和所述第二占空比信号；

如果所述第一差值小于等于所述电阻偏移量，并且所述第二差值小于等于所述电压偏移量，则采集所述电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对所述蓄电池充电的充电电流和充电电压。

5.根据权利要求2或3所述的负载控制方法，其特征在于，当所述蓄电池的充电模式为恒流充电时，判断所述等效电阻是否恒定包括：

执行以下步骤，直至判断对所述蓄电池充电的充电电压小于等于预设充电电压，或者，计算所述第一占空比信号和所述第二占空比信号：

采集所述电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对所述蓄电池充电的充电电流和充电电压；

判断所述输出电压和所述输出电流之间的比值与所述预设等效电阻的第三差值是否大于电阻偏移量；

判断所述充电电流与预设充电电流的第四差值是否大于电流偏移量；

如果所述第三差值大于所述电阻偏移量，或者，所述第四差值大于所述电流偏移量，则计算所述第一占空比信号和所述第二占空比信号；

如果所述第三差值小于等于所述电阻偏移量，并且所述第四差值小于等于所述电流偏移量，则采集所述电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对所述蓄电池充电的充电电流和充电电压。

6.一种用于非接触充电系统的负载控制装置，其特征在于，所述非接触充电系统包括电能转换装置，以及连接在所述电能转换装置的输入端的三相整流装置、连接在所述电能转换装置的输出端的直流降压电路、连接在所述直流降压电路的输出端的蓄电池，所述负载控制装置调用以下单元，直至所述电能转换装置的输出端的等效电阻恒定，包括：

检测单元，用于检测所述电能转换装置的输出端的等效电阻；

判断单元，用于判断所述等效电阻是否恒定；

计算单元，用于在所述等效电阻不恒定时，计算控制所述三相整流装置的第一占空比信号和控制所述直流降压电路的第二占空比信号；

调节单元，用于利用所述第一占空比信号调节所述三相整流装置的输出电压，并且利用所述第二占空比信号调节所述直流降压电路的等效电阻，以使所述电能转换装置的输出端的等效电阻恒定。

7.根据权利要求6所述的负载控制装置，其特征在于，所述检测单元包括：

第一采样模块，用于对未上电时的所述蓄电池进行电压信号采样，得到第一采样电压；

第一判断模块，用于判断所述第一采样电压是否大于预设电压值，其中，所述预设电压值为所述蓄电池的电池荷电状态的90％，

其中，在判断出所述第一采样电压小于所述预设电压值时，确定所述蓄电池的充电模式为恒流充电；在判断出所述第一采样电压大于等于所述预设电压值时，确定所述充电模式为恒压充电。

8.根据权利要求6所述的负载控制装置，其特征在于，所述检测单元包括：

第二采样模块，用于对充电后的所述蓄电池的充电电压进行采样，得到第二采样电压；

第二判断模块，用于判断所述第二采样电压是否大于预设恒压充电电压，

其中，如果所述第二采样电压大于所述预设恒压充电电压，则采用恒压充电的充电模式对所述蓄电池充电；如果所述第二采样电压小于等于所述预设恒压充电电压，则采用恒流充电的充电模式对所述蓄电池充电。

9.根据权利要求7或8所述的负载控制装置，其特征在于，当所述蓄电池的充电模式为恒压充电时，所述判断单元调用以下模块，直至判断对所述蓄电池充电的充电电流小于等于预设充电电流，或者，计算所述第一占空比信号和所述第二占空比信号，包括：

采集模块，用于采集所述电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对所述蓄电池充电的充电电流和充电电压；

第一判断模块，用于判断所述输出电压和所述输出电流之间的比值与所述预设等效电阻的第一差值是否大于电阻偏移量；

第二判断模块，用于判断所述充电电压与预设充电电压的第二差值是否大于电压偏移量；

计算模块，用于在所述第一差值大于所述电阻偏移量，或者，所述第二差值大于所述电压偏移量时，计算所述第一占空比信号和所述第二占空比信号；

如果所述第一差值小于等于所述电阻偏移量，并且所述第二差值小于等于所述电压偏移量，则所述第一采集模块采集所述电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对所述蓄电池充电的充电电流和充电电压。

10.根据权利要求7或8所述的负载控制装置，其特征在于，当所述蓄电池的充电模式为恒流充电时，所述判断单元调用以下模块，直至判断对所述蓄电池充电的充电电压小于等于预设充电电压，或者，计算所述第一占空比信号和所述第二占空比信号，包括：

采集模块，用于采集所述电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对所述蓄电池充电的充电电流和充电电压；

第一判断模块，用于判断所述输出电压和所述输出电流之间的比值与所述预设等效电阻的第三差值是否大于电阻偏移量；

第二判断模块，用于判断所述充电电流与预设充电电流的第四差值是否大于电流偏移量；

计算模块，用于在所述第三差值大于所述电阻偏移量，或者，所述第四差值大于所述电流偏移量时，计算所述第一占空比信号和所述第二占空比信号；

如果所述第三差值小于等于所述电阻偏移量，并且所述第四差值小于等于所述电流偏移量，则所述采集模块采集所述电能转换装置的输出电压和输出电流，并且采集对所述蓄电池充电的充电电流和充电电压。