CN106877517B - 松耦合变压器的参数估计 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及松耦合变压器的参数估计。一种参数估计系统包括被配置为被松散地感应耦合到第二线圈的第一线圈。控制器被配置为输出第一线圈和第二线圈的参数。所述控制器被配置为：基于仅来自第一线圈或第二线圈的电压测量值和电流测量值来估计所述参数。所述电压测量值和电流测量值可被用在卡尔曼滤波器中。在一些配置中，所述控制器还被配置为命令第二线圈的端子之间的短路并且将测试电压施加到第一线圈。第一线圈可以是车辆充电站的一部分，第二线圈可以是车辆的一部分。所述参数可被用于控制车辆的充电。

Description

松耦合变压器的参数估计
技术领域
本申请总体上涉及用于估计松耦合变压器的参数的参数估计系统。
背景技术
松耦合(分流)变压器已经在现有技术中被用在许多设置和应用中。例如，当电力被供应给各种类型的负载时或者在感应无线电力传输应用中用于控制电流。与紧耦合的标准变压器相比，松耦合变压器具有更高的漏磁电抗并且其耦合系数低于标准变压器。松耦合变压器在初级线圈和次级线圈之间具有空气间隙。一般说来，E型磁芯或多腿(multi-legged)磁芯与空气间隔开的腿部(air gapped leg)结合使用。线圈和磁芯的类型和几何形状可以是不同的并且取决于应用。
松耦合变压器的特性可影响应用松耦合变压器的系统的性能。根据应用，这些特性(包括初级线圈和次级线圈的自感、初级线圈和次级线圈之间的互感以及初级线圈和次级线圈的ESR(等效串联电阻))对系统性能具有显著的影响。
松耦合变压器的示例是包括用于为车辆供电的牵引电池的插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)。车辆可连接到外部电源以对牵引电池进行充电。车辆可支持牵引电池的无线充电。无线充电通过使用充电系统和车辆中的线圈来实现。通过线圈将电力从充电系统感应地传输到车辆。充电线圈的对准可通过插入充电柄(chargehandle)的充电端口来实现。其它系统可依赖于驾驶员来对准充电线圈。例如，充电系统可包括充电站地板中的线圈。车辆可包括在车辆的底面上的线圈，当车辆被定位在充电站中时，该线圈可接近地板线圈。充电的效率可取决于线圈的相对对准。
发明内容
一种变压器参数估计系统包括第一线圈，所述第一线圈被配置为：感应耦合到第二线圈，使得表征第一线圈的和第二线圈的参数针对每次耦合而变化。所述系统还包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为：基于仅来自第一线圈的电压测量值和电流测量值输出所述参数的估计值，以减小测量的第一线圈电流和估计的第一线圈电流之间的误差。
所述至少一个控制器还可被配置为：命令将第二线圈的端子短路并且将测试电压施加到第一线圈。所述至少一个控制器还可被配置为：执行所述命令和所述施加持续预定的持续时间。
所述至少一个控制器还可被配置为：基于卡尔曼滤波器输出所述参数的估计值，所述卡尔曼滤波器被配置为：使用所述电压测量值和电流测量值来更新所述参数的估计值，以减小测量的第一线圈电流和根据由所述参数定义的模型导出的估计的第一线圈电流之间的误差。所述参数可包括第一线圈和第二线圈之间的互感。所述参数可包括第一线圈的电阻和第一线圈的自感。所述参数可包括第二线圈的自感和第二线圈的电阻。
一种车辆充电系统包括发射线圈和至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为：响应于检测到车辆的接收线圈接近发射线圈，命令接收线圈的端子之间的短路，将测试电压施加到发射线圈，并且基于仅来自发射线圈的电压测量值和电流测量值来输出发射线圈和接收线圈的参数。
所述至少一个控制器还可被配置为：基于所述参数来选择连接到发射线圈的可选择的阻抗网络的阻抗值，以增加从发射线圈传输到接收线圈的能量。所述至少一个控制器还可被配置为：基于所述参数来选择连接到接收线圈的可选择的阻抗网络的阻抗值，以增加从发射线圈传输到接收线圈的能量。所述参数可包括发射线圈和接收线圈之间的互感。所述参数可包括发射线圈的电阻和发射线圈的自感。所述参数可包括接收线圈的自感和接收线圈的电阻。
所述至少一个控制器还可被配置为：基于所述互感，命令连接到发射线圈的定位机构。所述测试电压可以是具有小于标称充电电压的幅值的方波。所述至少一个控制器还可被配置为：基于卡尔曼滤波器输出所述参数的估计值，所述卡尔曼滤波器被配置为：使用所述电压测量值和电流测量值来更新所述参数的估计值，以减小测量的发射线圈电流和根据由所述参数定义的模型导出的估计的发射线圈电流之间的误差。
一种方法包括：由控制器命令第一线圈的端子之间的短路。所述方法还包括：将测试电压施加到与第一线圈松耦合的第二线圈。所述方法还包括：由控制器基于仅来自第二线圈的电压测量值和电流测量值输出第一线圈和第二线圈的参数的估计值，以减小测量的第二线圈电流和估计的第二线圈电流之间的误差。
所述参数的估计值可包括第一线圈的自感和第二线圈的自感。所述方法还可包括：使用卡尔曼滤波器对所述电压测量值和电流测量值进行滤波，所述卡尔曼滤波器被配置为：使用所述电压测量值和电流测量值来更新所述参数的估计值，以减小测量的第二线圈电流和根据由所述参数定义的模型导出的估计的第二线圈电流之间的误差。所述测试电压可被施加持续预定的持续时间。
附图说明
图1是电气化车辆的示例配置。
图2是车辆充电系统和模型的示例配置。
图3是描绘用于车辆充电系统的操作的示例流程图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅是示例，并且其它实施例可以采用各种和替代形式。附图无需按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，可期望将与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型用于特定的应用或实施方式。
形成变压器的松耦合线圈存在于各种系统和应用中。在松耦合变压器中，第一线圈可充当初级线圈，第二线圈可充当次级线圈。施加到第一线圈的交流电压或交流电在第二线圈中感应出电压和电流。松耦合线圈的问题在于：每次线圈耦合时，线圈的相对定位可能会变化。相对定位的变化使得松耦合变压器的参数变化。参数的变化影响在次级线圈中感应出的电压和电流。为了提高松耦合变压器的性能，准确地获知参数是有益的。变压器参数估计系统可提供对参数的估计，使得性能可得到提高。
尽管存在许多变压器参数估计系统的应用，但是这些概念可通过检查车辆的无线充电系统来进行理解。注意，变压器参数估计系统并不仅限于车辆充电应用。图1描绘了通常被称作插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电气化车辆12。典型的插电式混合动力电动车辆12可包括机械地连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14能够作为马达或发电机来运转。此外，混合动力传动装置16机械地连接到发动机18。混合动力传动装置16还机械地连接到驱动轴20，驱动轴20机械地连接到车轮22。电机14可在发动机18开启或关闭时提供推进和减速能力。电机14还充当发电机并且能够通过回收在摩擦制动系统中通常作为热损失掉的能量来提供燃料经济性效益。在特定状况下，通过允许发动机18以更高效的速度运转并允许混合动力电动车辆12在发动机18关闭的情况下以电动模式运转，电机14还可减少车辆排放。电气化车辆12可包括电池电动车辆(BEV)。BEV可不包括发动机18。
牵引电池或电池组24存储可由电机14使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压DC输出。牵引电池24电连接到一个或更多个电力电子模块26。一个或更多个接触器42可在断开时使牵引电池24与其它组件隔离，并在闭合时将牵引电池24连接到其它组件。电力电子模块26还电连接到电机14，并且在牵引电池24和电机14之间提供双向传输能量的能力。例如，牵引电池24可提供DC电压，而电机14可使用三相AC电流来运转。电力电子模块26可将DC电压转换为三相AC电流来运转电机14。在再生模式下，电力电子模块26可将来自用作发电机的电机14的三相AC电流转换为与牵引电池24兼容的DC电压。
牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还可为其它车辆电力系统提供能量。车辆12可包括DC/DC转换器模块28，DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换为与低电压车辆负载52相兼容的低电压DC供应。DC/DC转换器模块28的输出可电连接到辅助电池30(例如，12V电池)。低电压系统52可电连接到辅助电池30。
一个或更多个高电压电力负载46可连接到高电压总线。电力负载46可具有适时地操作和控制电力负载46的关联的控制器。电力负载46的示例可以是风扇、加热元件和/或空气调节压缩机。
电气化车辆12可被构造为通过外部电源36给牵引电池24再充电。外部电源36可以是到电力插座的连接。外部电源36可电连接到充电器或电动车辆供电设备(EVSE)38。外部电源36可以是由公用电力公司提供的电力分配网络或电网。EVSE 38可提供用于对电源36和车辆12之间的能量传输进行调节和管理的电路和控制。外部电源36可向EVSE 38提供DC电力或AC电力。
EVSE 38可具有一个或更多个发射线圈40，所述一个或更多个发射线圈40被构造为接近车辆12的一个或更多个接收线圈34而放置。在一些构造中，接收线圈34可位于被构造为容纳发射线圈40的充电端口中。在一些构造中，接收线圈34可被位于车辆12的底面上。在一些构造中，接收线圈34可位于车辆12的外表面附近。接收线圈34可电连接到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可对从EVSE 38供应的电力进行调节，以向牵引电池24提供合适的电压水平和电流水平。电力转换模块32可与EVSE 38进行接口连接，以协调对车辆12的电力传输。
非车载充电组件包括电源36、EVSE 38和发射线圈40。非车载充电组件可以是充电站的一部分。发射线圈40可被构造在固定的位置上。例如，发射线圈40可位于停车区域的表面上。当车辆12被停放在停车区域内时，发射线圈40可接近接收线圈34。在一些构造中，发射线圈40可以是可移动的，以帮助与接收线圈34对准。发射线圈40可被安装到这样一个机构，所述机构控制发射线圈40相对于接收线圈34的位置。
一个或更多个车轮制动器44可被设置用于使车辆12减速并阻止车辆12的运动。车轮制动器44可被液压致动、电气致动或它们的某种组合。车轮制动器44可以是制动系统50的一部分。制动系统50可包括用于操作车轮制动器44的其它组件。为了简洁，附图描绘了制动系统50和车轮制动器44中的一个之间的单个连接。隐含了制动系统50和其它车轮制动器44之间的连接。制动系统50可包括用于监测和协调制动系统50的控制器。制动系统50可监测制动组件并控制车轮制动器44以用于车辆减速。制动系统50可对驾驶员命令做出响应并且还可自主运行以实现诸如稳定性控制的功能。制动系统50的控制器可在被另一控制器或子功能请求时实现施加请求的制动力的方法。
车辆12中的电子模块可经由一个或更多个车辆网络进行通信。车辆网络可包括多个用于通信的信道。一个车辆网络的信道可以是串行总线(诸如控制器局域网络(CAN))。车辆网络的信道中的一个可包括由电气和电子工程师协会(IEEE)802标准族定义的以太网。车辆网络的其它信道可包括模块之间的离散连接并且可包括来自辅助电池30的电力信号。不同的信号可通过车辆网络的不同信道进行传送。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)进行传送，而控制信号可通过CAN或离散信号进行传送。车辆网络可包括帮助在模块之间传送信号和数据的任何硬件组件和软件组件。车辆网络未在图1中示出，但这也隐含了车辆网络可连接到存在于车辆12中的任何电子模块的意思。可存在车辆系统控制器(VSC)48以协调各种组件的操作。
车辆12可包括用于与远离车辆12的装置和系统进行通信的无线通信模块54。无线通信模块54可包括具有用于与非车载装置或系统进行通信的天线的车载调制解调器。无线通信模块54可以是蜂窝通信装置以启用经由蜂窝数据网络的通信。无线通信模块54可以是与IEEE 802.11标准族(即，WiFi)或WiMax网络相兼容的无线局域网(LAN)装置。无线通信模块54可包括基于车辆的无线路由器，以允许在本地路由器范围内连接到远程网络。无线通信模块54可与车辆12中的一个或更多个控制器(例如，系统控制器48)进行交互。
感应充电系统或无线充电系统可利用EVSE中的一个或更多个发射线圈40和车辆12中的一个或更多个接收线圈34向车辆12传输能量。当发射线圈40和接收线圈34彼此接近时，无线充电系统的操作可继续进行。在一些配置中，车辆12的操作者可将发射线圈40定位到充电端口内，所述充电端口被配置为将发射线圈40与接收线圈34对准。在一些配置中，发射线圈40可位于充电站的固定位置上。可通过在充电站内移动车辆12移动来对接收线圈34进行定位。在许多配置中，发射线圈40相对于接收线圈34的对准可变化。松耦合发射线圈40和接收线圈34可被建模为由多个参数限定的变压器。发射线圈40和接收线圈34的不同的对准可导致变压器参数值的差异。
无线充电系统可被建模为包括变压器的电路。所述变压器可使用电阻器、电感器和电压源进行建模。图2描绘了应用于车辆的无线充电系统的变压器参数估计系统的一种可行配置。图2还描绘了可行的变压器模型的电路图。该变压器模型包括初级侧电路102和次级侧电路104。初级侧电路102表示发射线圈40。次级侧电路104表示车辆12中的接收线圈34。初级侧电路102可被连接到EVSE 38和电源36以传输能量。初级侧电路102的输入可以是初级输入电压V1 118。初级输入电压118可以是由EVSE 38控制的交流(AC)电压。流过初级侧电路102的可以是初级电流I1 120。初级电流120表示流过发射线圈40的电流。次级侧电路104的输出可以是次级输出电压V2 122。流过次级侧电路104的可以是次级电流I2 124。次级电流124表示流过接收线圈34的电流。次级侧电路104的输出可被连接到牵引电池24。
发射线圈电压测量电路134可跨接在(由初级侧电路102表示的)发射线圈40的端子上，以便于测量施加的电压。发射线圈电流测量传感器132可连接到发射线圈40以测量发射线圈电流120。EVSE 38可包括被配置为测量发射线圈电压118和发射线圈电流120的控制器130。来自发射线圈电压测量电路134和发射线圈电流测量传感器132的输出信号可被连接到控制器130。
接收线圈电压测量电路140可被跨接在(由次级侧电路104表示的)接收线圈34的输出端子上，以便于测量输出电压。接收线圈电流测量传感器138可连接到接收线圈34以测量接收线圈电流124。车辆12可包括被配置为测量接收线圈电压122和接收线圈电流124的车辆充电控制器136。在一些配置中，车辆充电控制器136可以是电力转换模块32的一部分。来自接收线圈电压测量电路140和接收线圈电流测量传感器138的输出信号可连接到车辆充电控制器136。控制器130和136可包括合适的缩放和滤波电路，以提供准确的电压测量值和电流测量值。控制器130和136还可包括峰值检测电路或用于将AC信号转换为直流(DC)信号的其它电路。控制器130和136可包括一个或更多个模数转换器(ADC)以将模拟值转换为数字值。
变压器模型的初级侧电路102包括初级电阻R1 106、初级电感L1 108和取决于次级电流的电压发生器110的串联连接。次级侧电路104包括次级电阻R2 112、次级电感L2 114和初级电流相关电压发生器116的串联连接。充电系统的参数包括影响电流相关电压发生器110和116的增益的初级电阻R1106、次级电阻R2 112、初级电感L1 108、次级电感L2 114和互感M。
变压器模型的电压V1和V2可表示为：
V1＝jωL1I1+R1I1+jωMI2 (1)
V2＝jωMI1-jωL2I2-R2I2 (2)
注意，初级侧电路102取决于次级电流124，而次级侧电路104取决于初级电流120。
电流相关电压源110和116对变压器的能量传输进行建模。在次级侧电路104中，初级电流相关电压发生器116可充当输入。在次级侧电路104中感应出的电压还可以是基于施加的电压118的频率ω以及变压器的互感M的。
可通过对等式(1)和等式(2)应用拉普拉斯变换来计算初级电流120和次级电流124。由此产生的表达式为：
Figure BDA0001117939720000081
Figure BDA0001117939720000082
I1和I2两者取决于输出电压V2。在一些配置中，输出电压V2可以是高电压电平。用于测量高电压电平的电压传感器的额外成本可增加整体车辆成本。在一些配置中，可通过跨越次级侧电路104的输出安装开关元件144来避免对输出电压V2的测量。当开关元件144处于闭合位置时，电压V2可以是零。通过闭合开关元件144，等式(3)和等式(4)中引用的V2可被设置为零。一些配置可包括用于输出电压V2的电压传感器，在这种情况下，等式(3)和等式(4)可被直接使用。
开关元件144可以是连接到车辆充电控制器136的继电器或固定开关装置。车辆充电控制器136可被配置为将开关元件144驱动至断开位置和闭合位置。车辆充电控制器136可包括适当的接口电路以针对选择的装置以合适的电压和电流水平驱动开关元件144。
当开关元件144处于闭合位置时，等式(3)和等式(4)可被简化为：
Figure BDA0001117939720000083
Figure BDA0001117939720000084
等式(5)和等式(6)可以以一般离散形式表示如下：
Figure BDA0001117939720000085
其中，z表示延迟算子。
对于针对函数I1/V1测量V1和I1的配置，用于等式(7)的a系数和b系数可计算如下：
a0＝R2T2-2L2T (8)
a1＝2R2T2 (9)
a2＝R2T2+2L2T (10)
b0＝4L1L2-4M2-2T(L1R2+L2R1)+R1R2T2 (11)
b1＝8M2+2R1R2T2-8L1L2 (12)
b2＝2T(L1R2+L2R1)-4M2+4L1L2+R1R2T2 (13)
其中，T是测量的电流和电压的采样时间。
对于针对函数I2/V1测量V2和I2的配置，用于等式(7)的b系数还表示为等式(11)至等式(13)，并且a系数表示为：
a0＝-2MT (14)
a1＝0 (15)
a2＝2MT (16)
等式(7)至等式(16)提供了作为初级侧电路输入电压118的函数的电流的离散时间模型。在变压器参数已知的前提下，可计算所述电流。在线圈不相对于彼此移动的固定变压器应用中，参数的知识可以是已知的和预先固定的。然而，在车辆充电应用中，发射线圈40和接收线圈34可能相对于彼此未对准。每个充电会话可导致不同的相对线圈放置。因此，固定的参数值对于操作充电系统可能是无效的。更好的方法可以是在每次充电将要被启动时对参数值进行估计。
在其它配置中，开关元件144可跨越发射线圈40而放置并且连接到EVSE控制器130以进行控制。在该配置中，发射线圈40和接收线圈34的角色可被颠倒。注意，在这种情况下，电压V1为零，等式(3)和等式(4)必须相应地进行更新。以类似的方式推导其余的等式。
一种用于估计系统参数的方法是利用卡尔曼滤波器。针对计算I1，等式(7)至等式(13)可表示为：
a0V1(k-2)+a1V1(k-1)+a2V1(k)＝b0I1(k-2)+b1I1(k-1)+b2I1(k) (17)
其中，通常，对于函数“f”，f(k)表示函数的当前采样，f(k-n)表示函数在当前采样之前的n个采样周期的采样。可针对I1求解等式(17)，以得到：
Figure BDA0001117939720000101
可通过以以下形式表示等式(18)来实现卡尔曼滤波器的递归参数估计：
Y(k)＝ΦT(k)*Θ(k) (19)
其中，Y为系统输出，Φ被称为回归量，Θ为参数向量。
参数向量Θ和回归量Φ可表示为：
Figure BDA0001117939720000102
一种可行的卡尔曼滤波器估计方案可通过以下等式来表示：
Figure BDA0001117939720000103
K(k+1)＝Q(k+1)*Φ(k+1) (22)
Figure BDA0001117939720000104
Figure BDA0001117939720000105
其中，
Figure BDA0001117939720000106
为对参数的估计，Y(k+1)为测量的初级电路电流，K、Q和P如示出的被计算，R1和R2为常量。在使用卡尔曼滤波器算法计算参数之后，所述参数可被用于其它计算。还可利用其它参数估计方案(诸如最小二乘估计)。卡尔曼滤波器的其它实施方式是可行的。在一些配置中，可选择不同的回归量和参数向量。
回归量由初级电压的测量值和存储值以及初级电流的测量值和存储值组成。可使用卡尔曼滤波器来估计参数向量。一旦参数被估计，则可使用单独的值来针对参数值求解等式(8)至等式(13)。通过代入用于系数的适当的等式(8)至等式(13)，可根据模型参数来表示根据a系数和b系数的估计的参数值。依据模型参数和估计的值，这导出了最终的方程组，所述估计的值随后可针对模型参数被求解。描述的卡尔曼滤波器可在EVSE控制器130中实现。
卡尔曼滤波器运行以减少测量的发射线圈电流(Y)和从由参数定义的模型中导出的估计的发射线圈电流
Figure BDA0001117939720000111
之间的误差。该误差被用于更新参数的估计。随着时间的推移，参数的估计可收敛到最终值，使得误差被驱动至大约为零。
在一些配置中，可期望仅估计互感M。这种简化假设电阻值和电感值是事先已知的。在该配置中，电阻值和电感值可被带入等式。参数向量和回归量可被调整以反映已知值。结果可能是减少将要求解的等式的数量，从而导致计算资源的减少。
在车辆应用中，充电系统识别模式可在接触器42处于断开位置使得牵引电池24与次级侧电路104隔离的情况下来执行。可通过储存在辅助电池30中的能量来驱动车辆充电控制器136。车辆充电控制器136可连接到开关元件144，以控制开关元件144的状态。车辆充电控制器136还可连接到接触器42，以便于在识别模式期间对接触器42进行控制。在车辆12的正常操作期间，开关元件144可处于断开位置以防止使牵引电池24短路。可在充电系统识别模式期间将开关元件144放置在闭合位置。一旦参数已被识别并输出，则开关元件144可被断开且接触器42闭合。牵引电池24的正常充电可在参数识别之后被启动。
EVSE控制器130和车辆充电控制器136可进行通信以协调充电系统识别模式。EVSE38可包括被配置为与车辆12的无线通信模块54建立无线通信信道的无线通信接口142。可在EVSE控制器130和车辆12中的控制器(包括车辆充电控制器136)之间交换控制数据和信息。EVSE控制器130可将变压器参数值传送至车辆充电控制器136。
车辆12还可包括连接到接收线圈34的可选择的次级侧阻抗匹配网络。EVSE 38还可包括与连接到发射线圈40的可选择的初级侧阻抗匹配网络。所述阻抗匹配网络可包括可变电阻和/或电容器以帮助匹配发射线圈40和接收线圈34之间的阻抗。基于针对变压器模型识别的参数，可选择的阻抗可针对发射线圈40和接收线圈34中的一者或两者而被选择。该阻抗可被选择为使从发射线圈40传输到接收线圈34的能量最大化。该阻抗值可根据来自控制器中的一个或更多个的控制信号来进行选择。
针对将要发生的识别，可将测试电压施加到发射线圈40。测试电压可以是用于激励系统以考虑改善的参数识别的预定频率的脉冲电压或方波。可执行该识别，直到估计的电流和实际测量的电流之间的误差小于预定误差为止。还可施加测试电压持续预定的持续时间。测试电压的幅值可小于典型的充电电压幅值。
可在特定的状况下进入充电系统识别模式。一种可行的状况是当车辆12进入充电站并且启动充电周期时。另一种状况可以是操作者将感应充电连接器物理地插入到车辆充电端口中。在一些配置中，充电站和车辆12可经由无线网络连接进行通信。当发射线圈40接近接收线圈34时，可进入充电系统识别模式。控制器可接收指示在发射线圈40接近接收线圈34的信号。例如，当插入充电插头时，充电端口可提供信号。此外，控制器130和136可在车辆接近充电站时建立无线通信。
变压器参数值可被用于确定发射线圈40与接收线圈34的相对位置。预定的参数值对于发射线圈40相对于接收线圈34的最佳位置可以是已知的。可将变压器参数与预定的参数值进行比较以确定发射线圈40是否可相对于接收线圈34进行更好地定位。在一些配置中，电池充电系统可包括用于发射线圈40或接收线圈34的定位机构。定位机构可被配置为改变线圈的相对位置以提高充电系统的性能。可基于估计的互感值或估计的变压器参数值和预定的参数值之间的差异来对发射线圈40进行定位。
变压器参数值可被用于提高车辆充电处理的效率。可期望匹配发射线圈40和接收线圈34之间的阻抗。充电系统可包括连接到发射线圈40和/或接收线圈34的可选择的阻抗网络。可选择的阻抗网络可包括与线圈串联的可选择的电容以调整感应充电的性能。控制器130和136可产生用于选择网络的阻抗值的控制信号。参数值还可被用于检测可影响车辆充电处理的诊断状况。例如，在预定范围之外的任何参数值可指示组件故障。
所公开的变压器参数估计系统的优点在于：可基于仅来自第一线圈的电压和电流的测量值来计算第一线圈和第二线圈的变压器模型参数。该计算可在单个控制器内被执行，使得测量值可被同步。这避免了可能与第一线圈的测量不同步的通过第二控制器的第二线圈的电流或电压的测量。
图3描绘了应用于可在一个或更多个控制器130和136中执行的车辆充电应用的变压器参数估计系统的可行的操作序列。在判定框200，逻辑可检测到车辆被耦合到充电站。如果结果是否定的，则逻辑可被重复。如果结果是肯定的，即，如果车辆和充电站被耦合，则逻辑可继续进行。更为普遍地说，这种检查是为了确定第一线圈和第二线圈是否彼此接近。
在操作202，可执行指令以将牵引电池24与接收线圈34隔离。例如，接触器42可被断开。在一些配置中，可在接收线圈34和电力转换模块32之间包括额外的接触器组。在操作204，可执行指令以使接收线圈34的端子短路。
在操作206，可将测试电压施加到发射线圈40。测试电压可在接收线圈34中产生电压和电流。在操作208，电压和电流信号被测量和存储以进行处理。在操作210，可执行指令以执行参数估计。例如，可实施上述的卡尔曼滤波方案以获得参数估计值。在判定框212，可检查参数估计的完成。完成标准可包括持续时间和估计误差小于阈值。
在操作214，可执行指令以计算和输出参数的最终值。例如，可将卡尔曼滤波器参数带入适当的等式，并且可针对最终的参数值求解所述等式。然后，可向那些模块和功能输出这些参数以控制车辆和充电站的各种功能。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机来实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，其中，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置以及其它磁介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法还可在软件可执行对象中被实现。可选地，可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或硬件、软件和固件组件的组合来整体或部分地实现所述处理、方法或算法。
虽然以上描述了示例性实施例，但这些实施例并不意在描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管针对一个或更多个期望特性，各种实施例已经被描述为提供在其它实施例或现有技术实施方式之上的优点或优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应认识到，根据特定应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配的容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术实施方式满足期望的实施例并非在本公开的范围之外，并可被期望用于特定的应用。

Claims (6)

1.一种用于车辆充电的松耦合变压器参数估计系统，包括：
第一线圈，被配置为：感应耦合到第二线圈，使得表征第一线圈和第二线圈的参数针对每次耦合而变化；
至少一个控制器，被配置为：命令将第二线圈的端子短路并且将具有小于标称充电电压的幅值的方波作为测试电压施加到第一线圈，并且基于仅来自第一线圈的电压测量值和电流测量值输出所述参数的估计值，以减小测量的第一线圈电流和估计的第一线圈电流之间的误差，并且基于所述估计值改变与所述第一线圈的耦合阻抗。
2.如权利要求1所述的松耦合变压器参数估计系统，其中，所述至少一个控制器还被配置为：执行所述命令，并施加测试电压持续预定的持续时间。
3.如权利要求1所述的松耦合变压器参数估计系统，其中，所述至少一个控制器还被配置为：基于卡尔曼滤波器输出所述参数的估计值，所述卡尔曼滤波器被配置为：使用所述电压测量值和电流测量值来更新对所述参数的估计值，以减小测量的第一线圈电流和根据由所述参数定义的模型导出的估计的第一线圈电流之间的误差。
4.如权利要求1所述的松耦合变压器参数估计系统，其中，所述参数包括第一线圈和第二线圈之间的互感。
5.如权利要求1所述的松耦合变压器参数估计系统，其中，所述参数包括第一线圈的电阻和第一线圈的自感。
6.如权利要求1所述的松耦合变压器参数估计系统，其中，所述参数包括第二线圈的自感和第二线圈的电阻。
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