CN110176810B - 一种无线电能传输系统在线互感识别装置及识别方法 - Google Patents

一种无线电能传输系统在线互感识别装置及识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线电能传输系统在线互感识别方法，该无线电能传输系统初、次级侧的补偿拓扑都采用S‑S结构，次级侧还包含整流电路、DC/DC电路、电流与电压检测装置、控制装置；控制装置通过控制DC/DC电路的占空比，由检测到的负载电压与负载电流值可实时计算系统的互感值。本发明只需采集负载电压、电流即可实时计算系统的互感值，无需初级侧与次级侧通讯，投入成本较低，方法快速、准确，可靠性较强，有很强的实用性。

Description

一种无线电能传输系统在线互感识别装置及识别方法
技术领域
本发明属于无线电能传输领域，涉及一种实时计算无线电能传输系统互感值的装置及方法。
背景技术
随着无线电能传输技术的发展，电动汽车无线充电技术得到了广泛应用。
电动汽车在无线充电时，车载端接收线圈与地面端发射线圈不能够完全对准，导致系统的互感值不能确定，尤其在电动汽车动态无线充电时互感值变化范围较大。如何实时监测系统的互感值，对于系统效率与功率的控制至关重要。
目前针对互感识别的方法较多，但是快速、准确、方便的互感识别方法还不够成熟。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种无线电能传输系统在线互感识别装置及识别方法，能够实时测量无线电能传输系统互感值，从而控制系统效率与功率，使得充电过程更加稳定。
技术方案：一种无线电能传输系统在线互感识别装置，包括DC/DC电路、控制器、电压检测装置、电流检测装置；DC/DC电路设置于负载端；电压检测装置用于检测负载电压，并将检测到的负载电压数据传输至控制器；电流检测装置用于检测负载电流，并将检测到的负载电流数据传输至控制器；控制器通过控制DC/DC电路的占空比和采集到的对应的占空比下的负载电压和负载电流计算系统互感值。
其中，DC/DC电路可采用Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路，控制灵活、方便。
其中，无线电能传输系统初级侧采用S-S补偿拓扑、次级侧采用S-S补偿拓扑，次级侧还包含整流滤波电路；DC/DC电路接于整流滤波电路输出端；S-S补偿拓扑具体为电容Ct、电感Lt串联的电路；S-S补偿拓扑具体为电容Cr、电感Lr串联的电路。电感Lt与电感Lr产生的互感为M。
本发明还公开了一种采用权上述无线电能传输系统在线互感识别装置的互感识别方法，包括以下步骤：
(1)确定电源电压Uin、发射线圈内阻Rt、接收线圈内阻Rr、系统工作频率f0，设定DC/DC电路(4)占空比α(t)初始值初始值α0＝0.5(t＝0，1，2，…)；
(2)负载到达充电区域后开始供电，采集初始α(t)对应的负载电压UL(t)、负载电流IL(t)，并根据步骤1)和步骤2)所采集的电源电压Uin、发射线圈内阻Rt、接收线圈内阻Rr、系统工作频率f0、负载电压UL(t)、负载电流IL(t)以及占空比α(t)初始值计算α(t)对应的两个互感值M11、M21；
(3)设定α(t+1)，以式α(t+1)＝α(t)+Δα(0＜Δα＜1)进行改变，并输出该值，采集UL(t+1)、IL(t+1)，在根据步骤(2)中公式计算α(t+1)对应的两个互感值M12、M22；
(4)判断步骤(2)和(3)计算得到的M11、M12是否满足设定条件；
若满足，则认为M＝(M11+M12)/2；若不能满足，则认为M＝(M21+M22)/2，互感识别结束。
具体的，上述步骤4)中设定条件为：
|(M11-M12)/M11|≤δ。
具体的，上述步骤2)M11、M21具体计算方法如下：
Figure BDA0002068356740000021
Figure BDA0002068356740000022
式中ω为角频率，ω＝2πf0；RL为负载电阻；
其中：
Figure BDA0002068356740000023
上述步骤3)中M12、M22具体计算方法如下：
Figure BDA0002068356740000024
Figure BDA0002068356740000031
本发明还公开了一种用于上述无线电能传输系统在线互感识别方法的控制器，包括数据采集模块、互感值计算模块、DC/DC电路控制模块和互感值识别模块，数据采集模块用于采集和输入互感值计算所需数据，数据采集模块将采集到的数据发送至互感值计算模块进行互感值计算；所述互感值计算模块将计算得到的初始互感值输出至互感值识别模块；所述DC/DC电路控制模块与DC/DC电路连接并用于更新DC/DC电路占空比，所述DC/DC电路控制模块更新DC/DC电路占空比之后输送信号至数据采集模块，数据采集模块重新采集数据并将数据发送至互感值计算模块进行互感值计算；互感值识别模块根据DC/DC电路占空比更新前后的互感值，计算出实时互感值M。
有益效果：本发明提供的一种无线电能传输系统在线互感识别装置及识别方法，该互感识别装置增设DC/DC电路，通过控制装置可快速计算出无线电能传输系统的实时电感值，成本投入较低；该识别方法快速、准确、方便，有很强的实用性。
附图说明
图1为本发明的无线电能传输系统在线互感识别装置的电路图；
图2为本发明的无线电能传输系统在线互感识别方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种无线电能传输系统在线互感识别装置，该无线电能传输系统的初级侧采用S-S补偿拓扑1、次级侧采用S-S补偿拓扑2，次级侧还包含整流滤波电路3；其中，如图1所示，S-S补偿拓扑1具体为电容Ct、电感Lt串联的电路；S-S补偿拓扑2具体为电容Cr、电感Lr串联的电路；DC/DC电路4增设于次级侧；控制器5可以控制DC/DC电路4的占空比，电压检测装置6用于检测负载电压UL、电流检测装置7用于检测负载电流IL。电压检测装置6与电流检测装置7与控制器5连接，将检测到的UL和IL值传输至控制器5。控制器5通过控制DC/DC电路4的占空比和采集到的对应的占空比下的负载电压和负载电流计算系统互感值。
控制器5包括数据采集模块、互感值计算模块、DC/DC电路控制模块和互感值识别模块，数据采集模块用于采集和输入互感值计算所需数据，数据采集模块将采集到的数据发送至互感值计算模块进行互感值计算；互感值计算模块将计算得到的初始互感值输出至互感值识别模块；DC/DC电路控制模块与DC/DC电路连接并用于更新DC/Dc电路占空比，DC/DC电路控制模块更新DC/DC电路占空比之后输送信号至数据采集模块，数据采集模块重新采集数据并将数据发送至互感值计算模块进行互感值计算；互感值识别模块根据DC/DC电路占空比更新前后的互感值，计算出实时互感值M。
如图2所示，一种无线电能传输系统在线互感识别方法，包括以下步骤：
(1)确定电源电压Uin、发射线圈内阻Rt、接收线圈内阻Rr、系统工作频率f0，设定占空比α(t)初始值α0＝0.5(t＝0，1，2，…)。
(2)负载到达充电区域后开始供电，采集α(t)对应的UL(t)、IL(t)，根据式：
Figure BDA0002068356740000041
Figure BDA0002068356740000042
其中，
Figure BDA0002068356740000043
计算α(t)对应的两个互感值M11、M21。
(3)设定α(t+1)以式α(t+1)＝α(t)+Δα(0＜Δα＜1)进行改变，并输出该值，采集改变之后的负载电压UL(t+1)、负载电流IL(t+1)，在根据步骤(2)中公式计算α(t+1)对应的两个互感值M12、M22。
Figure BDA0002068356740000044
Figure BDA0002068356740000045
(4)判断步骤(2)和(3)计算得到的M11、M12是否满足|(M11-M12)/M11|≤δ
δ为允许的误差，若满足，则认为M＝(M11+M12)/2；若不能满足，则认为M＝(M21+M22)/2，互感识别结束。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用无线电能传输系统在线互感识别装置的互感识别方法，所述无线电能传输系统在线互感识别装置包括DC/DC电路(4)、控制器(5)、电压检测装置(6)、电流检测装置(7)；其特征在于：
所述DC/DC电路(4)设置于负载端；
所述电压检测装置(6)用于检测负载电压，并将检测到的负载电压数据传输至控制器(5)；
所述电流检测装置(7)用于检测负载电流，并将检测到的负载电流数据传输至控制器(5)；
所述控制器(5)通过控制DC/DC电路(4)的占空比和采集到的对应的占空比下的负载电压和负载电流计算系统互感值；
所述无线电能传输系统初级侧采用S-S补偿拓扑(1)、次级侧采用S-S补偿拓扑(2)，次级侧还包含整流滤波电路(3)；DC/DC电路(4)接于整流滤波电路(3)输出端；负载接于DC/DC电路(4)输出端；所述S-S补偿拓扑(1)包含电容Ct、电感Lt串联的电路；S-S补偿拓扑(2)包含电容Cr、电感Lr串联的电路，
所述互感识别方法，包括以下步骤：
1)确定电源电压Uin、发射线圈内阻Rt、接收线圈内阻Rr、系统工作频率f0，确定DC/DC电路(4)占空比α(t)初始值，其中t＝0，1，2，…；
2)负载到达充电区域后开始供电，采集DC/DC电路(4)占空比α(t)初始值对应的负载电压UL(t)、负载电流IL(t)，并根据步骤1)和步骤2)所采集的电源电压Uin、发射线圈内阻Rt、接收线圈内阻Rr、系统工作频率f0、负载电压UL(t)、负载电流IL(t)以及占空比α(t)初始值计算α(t)对应的两个互感值M11、M21；
3)将α(t+1)以式α(t+1)＝α(t)+Δα进行改变，并输出改变后的值，采集更新之后的负载电压UL(t+1)、负载电流IL(t+1)，再计算α(t+1)对应的两个互感值M12、M22；
4)判断步骤(2)和(3)计算得到的M11、M12是否满足设定条件，若满足，则认为实时互感值M＝(M11+M12)/2；若不能满足，则认为实时互感值M＝(M21+M22)/2，互感识别结束。
2.根据权利要求1所述的互感识别方法，其特征在于：所述的DC/DC电路采用Buck电路或Boost电路或Buck-Boost电路。
3.根据权利要求1所述的互感识别方法，其特征在于：所述α(t)初始值α0＝0.5。
4.根据权利要求1所述的互感识别方法，其特征在于：0＜Δα＜1。
5.根据权利要求1所述的互感识别方法，其特征在于：所述步骤4)中设定条件为：
|(M11-M12)/M11|≤δ
其中δ为允许的误差。
6.根据权利要求1所述的互感识别方法，其特征在于：
所述步骤2)M11、M21具体计算方法如下：
Figure FDA0003739627270000021
Figure FDA0003739627270000022
式中ω为角频率，ω＝2πf0；RL为负载电阻；
其中：
Figure FDA0003739627270000023
7.根据权利要求6所述的互感识别方法，其特征在于：
所述步骤3)中M12、M22具体计算方法如下：
Figure FDA0003739627270000024
Figure FDA0003739627270000025
8.一种用于权利要求1所述互感识别方法的控制器，包括数据采集模块、互感值计算模块、DC/DC电路控制模块和互感值识别模块，其特征在于：所述数据采集模块用于采集和输入互感值计算所需数据，所述数据采集模块将采集到的数据发送至互感值计算模块进行互感值计算；所述互感值计算模块将计算得到的初始互感值输出至互感值识别模块；所述DC/DC电路控制模块与DC/DC电路(4)连接并用于更新DC/DC电路(4)占空比，所述DC/DC电路控制模块更新DC/DC电路(4)占空比之后输送信号至数据采集模块，数据采集模块重新采集数据并将数据发送至互感值计算模块进行互感值计算；互感值识别模块根据DC/DC电路(4)占空比更新前后的互感值，计算出实时互感值M。
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