CN108169576A - 一种移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法，包括以下步骤：构建移动式无线电能传输系统，该系统的电路包括依次连接的直流电源、原边调压电路、高频逆变电路、原边补偿电路、原边线圈、副边线圈、副边补偿电路、整流滤波电路、副边调压电路及负载；确定移动式无线电能传输系统的电路参数；检测输出电压、负载、原边调压电路的占空比以及副边调压电路占空比；结合上步骤检测得到的电路参数，计算得到互感值。本发明在电动汽车运行过程中互感发生变化时，通过原边调压电路占空比d₁的变化检测互感值M的变化，无需检测无线电能传输系统谐振网络中的高频交流量甚至是高频交流量之间的相位差，检测精度高，易于实现。

Description

一种移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法。

背景技术

传统静止式电动汽车无线电能传输技术存在充电区域受限、充电时间过长、续航里程短、电池体积大等缺点。为解决这一问题，移动式电动汽车无线电能传输技术应运而生，其能够实现电动汽车在行驶的同时进行充电，提髙电动汽车的续航能力、减小所搭载电池的体积甚至无需搭载电池。

在移动式电动汽车无线电能传输系统中，电动汽车移动时耦合线圈之间由于其不同的形状、不同的底盘高度、不同的位置而导致互感值会发生变化，从而影响系统的效率和功率传输能力，所以系统需根据当前互感值的变化情况调整无线电能传输系统的控制模式，然而系统的高阶非线性使得互感识别成为一个问题。

现有的互感检测方法主要有两种方式：一是采用无线通信技术，二是基于反射阻抗的识别方法，这两种方法都需要检测无线电能传输系统谐振网络中的高频交流量甚至是高频交流量之间的相位差，这在实际系统中操作难度较大，同时高频交流量的测量误差将导致互感检测的不精确。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种移动式无线电能传输系统输出电压恒定同时系统效率最优控制方式下的动态互感检测方法。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法，包括以下步骤：

步骤1：构建移动式无线电能传输系统，该系统的电路包括依次连接的直流电源、原边调压电路、高频逆变电路、原边补偿电路、原边线圈、副边线圈、副边补偿电路、整流滤波电路、副边调压电路及负载；

步骤2：确定移动式无线电能传输系统的电路参数；

步骤3：检测输出电压、负载、原边调压电路的占空比以及副边调压电路占空比；

步骤4：结合步骤3检测得到的电路参数，计算得到互感值。

本发明进一步的改进在于，步骤1中，原边补偿电路采用LCC型补偿，副边补偿电路采用S型补偿；原副边调压电路均采用BUCK-BOOST电路；原边调压电路设置有恒压控制模块，该恒压控制模块根据输出电压与输出电压参考值控制原边调压电路的占空比；副边调压电路设置有阻抗匹配模块，该阻抗匹配模块根据负载以及检测得到的互感值控制副边调压电路的占空比。

本发明进一步的改进在于，步骤2中，电路参数包括直流电源电压值U_in、高频逆变电路工作角频率ω、原边补偿电路C_P、C₁的电容值，原边线圈L_P、L₁的电感值，副边电容C₂的电容值、副边线圈L₂的电感值以及原边线圈的串联等效电阻R₁的阻值、副边线圈的串联等效电阻R₂的阻值、负载R_L的阻值以及输出电压U_L。

本发明进一步的改进在于，高频逆变电路工作角频率ω与原边补偿电路及副边补偿电路的谐振角频率均相等。

本发明进一步的改进在于，步骤4中，互感值M的计算公式如下：

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法，相比传统互感检测方法，本发明具有检测误差小，精度高，实施方便的优点。

进一步，本发明提出的互感检测方法不需要检测高频交流量，只需要检测原边调压电路的占空比d₁，副边调压电路占空比d₂，负载R_L，输出电压U_L。

进一步，本发明提出的互感检测方法保证输出电压恒定的同时使系统在宽负载范围内实现效率最优。

附图说明

图1为移动式无线电能传输系统；

图2为移动式无线电能传输系统开环等效电路图；

图3为互感检测及效率最优控制流程图；

图4为互感变化时输出电压以及占空比d₁、d₂波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

1)移动式无线电能传输系统如图1所示。其中，电路系统包括依次连接的直流输入模块、原边调压电路、高频逆变电路、原边谐振网络、副边谐振网络、整流桥、副边调压电路以及负载。

结合图1所示，所述直流输入模块由直流电源U_in组成，所述高频逆变电路为开关元件组成的全桥逆变电路，所述原边谐振网络为发射线圈和补偿电路组成的LCC型回路，所述副边谐振网络为接收线圈和补偿电路组成的S型(串联型)回路，所述整流桥为二极管组成的全桥整流电路，所述调压电流均为BUCK-BOOST电路。

所述原边调压电路设置有恒压控制模块，该模块根据输出电压采样值与输出电压参考值控制原边调压电路占空比。副边调压电路设置有阻抗匹配模块，该模块根据负载以及检测得到的互感值控制副边调压电路占空比。

2)移动式无线电能传输系统的开环等效电路如图2所示，系统效率为：

为了提高系统效率，负载需要满足但是在电动汽车运行过程中，负载R_L和互感M都是会发生变化的，折算到整流桥输入侧的电阻R_r-in与使系统效率最优时的电阻R_r-in-ηmax不一定相等。因此，为了使系统达到最大效率，需要增加阻抗匹配环节，通过调节BUCK-BOOST的占空比使等效电阻满足效率最大的条件。

BUCK-BOOST的占空比为：

3)如图1所示的无线电能传输系统，输出电压为：

由输出电压表达式可以看出，当负载R_L和互感M发生变化时，输出电压U_L就会自动发生变化。为了维持输出电压恒定，d₁会自动调节维持输出电压恒定。在负载R_L和d₂已知的情况下，互感M是d₁的函数。

实施例：

设定移动式无线电能传输系统一组基本参数如表1所示。

表1

在移动式无线电能传输系统中，采用输出电压恒定同时效率最优的控制策略。这种控制策略下有两个控制变量：输入侧BUCK-BOOST的占空比d₁和输出侧BUCK-BOOST的占空比d₂，当M＝15μH，R_L＝10Ω，U_ref＝45V时，对于表1中的基本参数，可以得到在这种控制策略下，稳态时两个控制变量分别为：占空比d₁为0.346、d₂为0.5012。

假设此时由于电动汽车的运行，负载R_L和互感M发生了变化，变化后M＝25μH，R_L＝20Ω，U_ref＝45V。由于新的互感值未知，阻抗匹配无法实现，系统效率下降。互感检测及效率最优控制流程如图3所示，首先不管是负载R_L变化还是互感M变化，维持d₂不变，同时d₁自动调节维持输出电压稳定。当达到稳态时，两个控制变量分别为：占空比d₁为0.2356、d₂为0.5012。此时检测互感M，若M发生变化，调节d₂实现阻抗匹配，同时d₁自动调节维持输出电压稳定。最终达到新的稳态时两个控制变量分别为：占空比d₁为0.2205、d₂为0.5241。

仿真结果如图4所示，U_L缩小100倍。运行条件：k_new＝0.25，0.15s时，负载R_L由10Ω变为20Ω，d₂维持不变，d₁自动调节维持输出电压稳定。0.4s时检测到互感M的变化，d₂改变实现阻抗匹配，d₁自动调节维持输出电压稳定，使得系统效率最优。

Claims (5)

1.一种移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建移动式无线电能传输系统，该系统的电路包括依次连接的直流电源、原边调压电路、高频逆变电路、原边补偿电路、原边线圈、副边线圈、副边补偿电路、整流滤波电路、副边调压电路及负载；

步骤2：确定移动式无线电能传输系统的电路参数；

步骤3：检测输出电压、负载、原边调压电路的占空比以及副边调压电路占空比；

步骤4：结合步骤3检测得到的电路参数，计算得到互感值。

2.根据权利要求1所述的移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法，其特征在于，步骤1中，原边补偿电路采用LCC型补偿，副边补偿电路采用S型补偿；原副边调压电路均采用BUCK-BOOST电路；原边调压电路设置有恒压控制模块，该恒压控制模块根据输出电压与输出电压参考值控制原边调压电路的占空比；副边调压电路设置有阻抗匹配模块，该阻抗匹配模块根据负载以及检测得到的互感值控制副边调压电路的占空比。

3.根据权利要求2所述的移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法，其特征在于，步骤2中，电路参数包括直流电源电压值U_in、高频逆变电路工作角频率ω、原边补偿电路C_P、C₁的电容值，原边线圈L_P、L₁的电感值，副边电容C₂的电容值、副边线圈L₂的电感值以及原边线圈的串联等效电阻R₁的阻值、副边线圈的串联等效电阻R₂的阻值、负载R_L的阻值以及输出电压U_L。

4.根据权利要求3所述的移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法，其特征在于，高频逆变电路工作角频率ω与原边补偿电路及副边补偿电路的谐振角频率均相等。

5.根据权利要求4所述的移动式无线电能传输系统的动态互感检测方法，其特征在于，步骤4中，互感值M的计算公式如下：