CN110861509B - 无线充电互操作系统性能认证方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种无线充电互操作系统性能认证方法。通过建立所述无线充电互操作系统的电路阻抗模型，以从所述电路阻抗模型中获取第一认证目标和第二认证目标。第一认证目标值和第二认证目标值均会随着所述无线充电互操作系统的设备变量参数的变化而变化。其次，获取所述无线充电互操作系统的设备固定参数，并估计所述无线充电互操作系统的目标功率，进而获得第一认证区间和第二认证区间。当在设备变量参数的取值范围内，存在第一认证目标值位于第一认证区间内，并且第二认证目标值位于所述第二认证区间内时，即可判定所述无线充电互操作系统能进行互操作。本申请利用阻抗模型迅速有效的对无线充电互操作系统的互操作可行性进行了有效判断。

Description

无线充电互操作系统性能认证方法
技术领域
本申请涉及无线电能传输技术领域，特别是涉及一种无线充电互操作系统性能认证方法。
背景技术
无线充电技术在电动汽车领域应用已经逐渐普及。在工程应用中：1)、电动汽车无线充电系统可分为地面设备与车载设备两部分，两部分由空气隔开，地面设备包括直流环节，逆变器，地面补偿电路，地面线圈；车载设备包括车载线圈，车载补偿电路，整流器，电池。2)、地面设备和车载设备两部分之间的水平偏移距离、垂直距离(或称离地间隙)会在一定范围内变化；3)、在汽车充电全过程中，对充电电压/电流的需求是动态变化的，因此无线充电系统需要响应和满足汽车的充电需求。
不同无线充电系统的线圈型式及参数可能不同，补偿电路拓扑及参数也可能不同。无线充电系统间互操作性能，是指来自不同无线充电系统的地面设备和车载设备之间能否实现互相充电，以及互相充电时的性能好坏。无线充电系统间实现广泛的充电互操作，有利于无线充电技术的普及和电动汽车的便捷使用。但目前，还没有可以对无线充电系统间的互操作可行性进行有效判断的方法。
发明内容
基于此，本申请针对无线充电系统间的互操作性能问题，提出一种无线充电互操作系统性能认证方法，可以对无线充电系统间的互操作可行性进行有效判断。
一种无线充电互操作系统性能认证方法，包括：
S10，建立所述无线充电互操作系统的电路阻抗模型；
S20，根据所述电路阻抗模型，分别获取逆变阻抗、互感前阻抗以及互感后阻抗，所述逆变阻抗作为所述第一认证目标，所述互感后阻抗与所述互感前阻抗的商作为所述第二认证目标；
S30，获取所述无线充电互操作系统的设备固定参数，并估计所述无线充电互操作系统的目标功率，进而获得第一认证区间和第二认证区间；
S40，获取所述无线充电互操作系统的设备变量参数；
S50，在所述设备变量参数的取值范围内，获取每一个所述设备变量参数对应的第一认证目标值和第二认证目标值；
S60，当至少有一个所述设备变量参数对应的第一认证目标值位于所述第一认证区间内，并且此所述设备变量参数对应的第二认证目标值位于所述第二认证区间内时，判定所述无线充电互操作系统能进行互操作。
在其中一个实施例中，所述无线充电互操作系统包括发射电路和与所述发射电路电连接的接收电路，所述发射电路包括依次电连接的逆变器、第一补偿电路以及发射线圈，所述接收电路包括与所述发射线圈无线连接的接收线圈；
所述获得第一认证区间的步骤包括：
根据所述逆变器性能要求或根据经验，获取所述逆变器的电压与电流的相位差限值，作为所述第一认证区间的第一相位区间；
获取所述逆变器的电压限值和电流限值；
根据所述电压限值和所述电流限值，并利用所述目标功率，获取第一认证区间的第一幅值区间。
在其中一个实施例中，所述获得第二认证区间的步骤包括：
根据所述发射线圈和所述接收线圈的电流限值相差需求，或根据经验，获取相位差限值，作为所述第二认证区间的第二相位区间；
获取所述发射线圈的电流限值，并获取所述接收线圈的电流限值；
根据所述发射线圈的电流限值和所述接收线圈的电流限值，并利用所述目标功率，获取第二认证区间的第二幅值区间。
在其中一个实施例中，所述估计所述无线充电互操作系统的目标功率的步骤包括：
根据电池充电需求，选取典型充电工作点，所述典型充电工作点包括工作电压和工作电流；
利用所述工作电压和所述工作电流，估计所述目标功率。
在其中一个实施例中，所述设备变量参数包括所述无线充电互操作系统的工作频率或所述无线充电互操作系统的阻抗控制变量中的一种或多种。
在其中一个实施例中，获取所述无线充电互操作系统的工作频率的步骤包括：
获取所述发射电路的工作频率范围，并获取所述接收电路的工作频率范围；
根据所述发射电路的工作频率范围与所述接收电路的工作频率范围的交集，确定所述工作频率。
在其中一个实施例中，所述S10，建立所述无线充电互操作系统的电路阻抗模型的步骤包括：
获取所述无线充电互操作系统的第三设备参数，所述第三设备参数至少包括发射线圈结构参数和接收线圈结构参数；
根据所述第三设备参数，获取所述发射线圈的自感、所述接收线圈的自感以及所述发射线圈和所述接收线圈之间的互感，进而建立所述电路阻抗模型。
在其中一个实施例中，所述根据所述第三设备参数，获取所述发射线圈的自感、所述接收线圈的自感以及所述发射线圈和所述接收线圈之间的互感的步骤包括：
利用所述发射线圈结构参数和所述接收线圈结构参数，建立磁场耦合模型；
利用所述磁场耦合模型，获取所述发射线圈的自感、所述接收线圈的自感以及所述发射线圈和所述接收线圈之间的互感。
在其中一个实施例中，当每一个所述设备变量参数对应的第一认证目标值超出所述第一认证区间，或者每一个所述设备变量参数对应的第二认证目标值超出所述第二认证区间时，判定所述无线充电互操作系统不能进行互操作。
在其中一个实施例中，当判定所述无线充电互操作系统不能进行互操作时，调节所述无线充电互操作系统的所述设备变量参数，直至判定所述无线充电互操作系统能进行互操作为止。
上述无线充电互操作系统性能认证方法，首先建立所述无线充电互操作系统的电路阻抗模型，以从所述电路阻抗模型中获取第一认证目标和第二认证目标。第一认证目标值和第二认证目标值均会随着所述无线充电互操作系统的设备变量参数的变化而变化。其次，获取所述无线充电互操作系统的设备固定参数，并估计所述无线充电互操作系统的目标功率，进而获得第一认证区间和第二认证区间。当在设备变量参数的取值范围内，存在第一认证目标值位于第一认证区间内，并且第二认证目标值位于所述第二认证区间内时，即可判定所述无线充电互操作系统能进行互操作。本申请利用阻抗模型迅速有效的对无线充电互操作系统的互操作可行性进行了有效判断。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的无线充电互操作系统性能认证方法流程图；
图2为本申请一个实施例提供的无线充电互操作系统结构图；
图3为本申请一个实施例提供的无线充电互操作系统的电路阻抗模型图。
主要元件附图标号说明
无线充电互操作系统10
发射电路100
逆变器110
第一补偿电路120
发射线圈130
接收电路200
接收线圈210
第二补偿电路220
整流器230
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1，本申请提供一种无线充电互操作系统性能认证方法。所述无线充电互操作系统性能认证方法包括：
S10，建立所述无线充电互操作系统10的电路阻抗模型。步骤S10中，所述无线充电互操作系统10包括发射电路100和与所述发射电路100电连接的接收电路200。所述发射电路100可以为一个无线充电系统甲的发射电路。所述接收电路200可以为另一个无线充电系统乙的接收电路。所述发射电路100包括依次电连接的逆变器110、第一补偿电路120以及发射线圈130，所述接收电路200包括与所述发射线圈130无线连接的接收线圈210。所述无线充电互操作系统10的具体结构可参见图2。
S20，根据所述电路阻抗模型，分别获取逆变阻抗、互感前阻抗以及互感后阻抗，所述逆变阻抗作为所述第一认证目标，所述互感后阻抗与所述互感前阻抗的商作为所述第二认证目标。步骤S20中，所述逆变阻抗为所述逆变器110右侧的等效阻抗。所述互感前阻抗为所述电路阻抗模型中，包括互感M及其右侧部分的等效阻抗。所述互感后阻抗为所述电路阻抗模型中，互感M右侧的等效阻抗。所述逆变阻抗、所述互感前阻抗以及所述互感后阻抗均为复变量，存在幅值和相位角。因此，所述第一认证目标和所述第二认证目标也均为复变量，存在幅值和相位角。
S30，获取所述无线充电互操作系统10的设备固定参数，并估计所述无线充电互操作系统10的目标功率，进而获得第一认证区间和第二认证区间。步骤S30中，所述设备固定参数可以包括所述发射电路100中的逆变器110的电压值和电流值、所述发射线圈130的电流值以及所述接收线圈210的电流值。所述无线充电互操作系统10的目标功率可以包括目标输入功率和目标传输功率。在一个可选的实施例中，所述估计所述无线充电互操作系统10的目标功率的步骤可以为根据电池充电需求，选取典型充电工作点，所述典型充电工作点包括工作电压和工作电流。利用所述工作电压和所述工作电流，估计所述目标功率。所述目标功率可以为工作电压和工作电流的积，再乘以一个系数。所述目标输入功率和所述目标传输功率只是乘以的系数不一样。例如，当所述典型充电工作点为(160V，13A)时，所述目标输入功率可以为160V*13A*1.1＝2.3kW。所述目标传输功率值：160V*13A*1.05＝2.2kW。所述第一认证区间包括第一幅值区间和第一相位区间。所述第二认证区间包括第二幅值区间和第二相位区间。
S40，获取所述无线充电互操作系统10的设备变量参数。步骤S40中，所述设备变量参数可以为所述无线充电互操作系统10的工作频率，所述发射电路100的阻抗控制变量，所述接收电路200的阻抗控制变量。获取所述无线充电互操作系统10的工作频率的步骤可以为获取所述发射电路100的工作频率范围，并获取所述接收电路200的工作频率范围。根据所述发射电路100的工作频率范围与所述接收电路200的工作频率范围的交集，确定所述工作频率。所述发射电路100的阻抗控制变量可以通过所述发射电路100中的线圈型式及参数、第一补偿电路120拓扑及参数，进而明确所述发射电路100的阻抗控制变量及其取值范围。所述接收电路200的阻抗控制变量可以通过所述接收电路200中的线圈型式及参数、第二补偿电路220拓扑及参数，进而明确所述接收电路200的阻抗控制变量及其取值范围。
S50，在所述设备变量参数的取值范围内，获取每一个所述设备变量参数对应的第一认证目标值和第二认证目标值。步骤S50中，使所述无线充电互操作系统10的工作频率，所述发射电路100的阻抗控制变量，所述接收电路200的阻抗控制变量遍历各自取值范围的所有可能取值，以获得很多个第一认证目标值和很多个第二认证目标值。
S60，当至少有一个所述设备变量参数对应的第一认证目标值位于所述第一认证区间内，并且此所述设备变量参数对应的第二认证目标值位于所述第二认证区间内时，判定所述无线充电互操作系统10能进行互操作。步骤S60中，当所述设备变量参数在取值范围内变化时，存在一些取值，使得所述第一认证目标值位于所述第一认证区间内，并且所述第二认证目标值位于所述第二认证区间内时，则可以认为所述无线充电互操作系统10能进行互操作。当每一个所述设备变量参数对应的第一认证目标值超出所述第一认证区间，或者每一个所述设备变量参数对应的第二认证目标值超出所述第二认证区间时，判定所述无线充电互操作系统10不能进行互操作。
本实施例中，上述无线充电互操作系统性能认证方法，首先建立所述无线充电互操作系统10的电路阻抗模型，以从所述电路阻抗模型中获取第一认证目标和第二认证目标。第一认证目标值和第二认证目标值均会随着所述无线充电互操作系统10的设备变量参数的变化而变化。其次，获取所述无线充电互操作系统10的设备固定参数，并估计所述无线充电互操作系统10的目标功率，进而获得第一认证区间和第二认证区间。当在设备变量参数的取值范围内，存在第一认证目标值位于第一认证区间内，并且第二认证目标值位于所述第二认证区间内时，即可判定所述无线充电互操作系统能进行互操作。本申请利用阻抗模型迅速有效的对无线充电互操作系统的互操作可行性进行了有效判断。
在其中一个实施例中，所述获得第一认证区间的步骤包括：
根据所述逆变器110性能要求或根据经验，获取所述逆变器110的电压与电流的相位差限值。例如，在一个可选的实施例中，所述逆变器110的电压与电流的相差限值要求：电压相位必须超前电流相位[0°，40°]。所述逆变器110的电压与电流的相位差限值作为所述第一认证区间的第一相位区间。因此，所述第一相位区间为[0°，40°]。获取所述逆变器110的电压限值和电流限值。根据所述电压限值和所述电流限值，并利用所述目标功率，获取第一认证区间的第一幅值区间。利用所述目标功率中的目标输入功率值和所述逆变器110的电压与电流的相位差限值的余弦值，可以估算出所述逆变器110的电压与电流的积。进而根据所述逆变器110的电压限值与电流限值，可以获得所述第一幅值区间。
本实施例中，通过所述逆变器110的电压限值和电流限值，以及所述目标功率，可以将电压限值及电流限值转换为阻抗的相位角限值和幅值限值，以便于判断所述第一认证目标的相位角和幅值是否分别在所述第一相位区间和所述第一幅值区间中。
在其中一个实施例中，所述获得第二认证区间的步骤包括：
根据所述发射线圈和所述接收线圈的电流限值相差需求，或根据经验，获取相位差限值，作为所述第二认证区间的第二相位区间。例如，在一个可选的实施例中，所述发射线圈130的电流限值和所述接收线圈210的电流限值的相差限值要求：[53°，127°](为了保证相差的正弦sinφPS大于0.8)。因此，所述第二相位区间为[53°，127°]。获取所述发射线圈130的电流限值，并获取所述接收线圈210的电流限值。根据所述发射线圈130的电流限值和所述接收线圈210的电流限值，并利用所述目标功率，获取第二认证区间的第二幅值区间。利用所述发射线圈130的电流限值和所述接收线圈210的电流限值的相差限值的正弦值，可以估算出所述发射线圈130的电流和所述接收线圈210的电流的积。进而根据所述发射线圈130的电流限值和所述接收线圈210的电流限值，可以获得所述第二幅值区间。
本实施例中，通过所述发射线圈130的电流限值和所述接收线圈210的电流限值，以及所述目标功率，可以将两个线圈的电流限值转换为阻抗的相位角限值和幅值限值，以便于判断所述第二认证目标的相位角和幅值是否分别在所述第二相位区间和所述第二幅值区间中。
在其中一个实施例中，所述S10，建立所述无线充电互操作系统10的电路阻抗模型的步骤包括：
获取所述无线充电互操作系统10的第三设备参数，所述第三设备参数至少包括发射线圈结构参数和接收线圈结构参数。在一个可选的实施例中，所述第三设备参数至少包括所述发射线圈130和所述接收线圈210的匝数、尺寸、线径、内阻等。所述第三设备参数还可以包括两个补偿电路的阻抗，或负载阻抗。根据所述第三设备参数，获取所述发射线圈130的自感、所述接收线圈210的自感以及所述发射线圈130和所述接收线圈210之间的互感，进而建立所述电路阻抗模型。建立所述电路阻抗模型时，所述发射线圈130和所述接收线圈210的耦合电路采用如图3所示的T型等效电路。
在一个可选实施例中，获取所述发射线圈130的自感、所述接收线圈210的自感以及所述发射线圈130和所述接收线圈210之间的互感的步骤可以为利用所述发射线圈结构参数和所述接收线圈结构参数，建立磁场耦合模型。利用所述磁场耦合模型，获取所述发射线圈130的自感、所述接收线圈210的自感以及所述发射线圈130和所述接收线圈210之间的互感。在另一个可选实施例中，还可以获取真实线圈并按照线圈相对位置关系进行实验测量，或根据经验估算所述发射线圈130的自感、所述接收线圈210的自感以及所述发射线圈130和所述接收线圈210之间的互感。本实施例中，可以通过建立所述电路阻抗模型，为获取所述第一认证目标和所述第二认证目标提供基础。
在其中一个实施例中，当判定所述无线充电互操作系统10不能进行互操作时，调节所述无线充电互操作系统10的所述设备变量参数，直至判定所述无线充电互操作系统10能进行互操作为止。例如，可以通过调整所述无线充电互操作系统10的工作频率，所述发射电路100的阻抗控制变量，所述接收电路200的阻抗控制变量中的一种或多种参数，以使得此时得到的所述第一认证目标值位于所述第一认证区间内，并且所述第二认证目标值位于所述第二认证区间内。
本实施例中，通过优化所述无线充电互操作系统10的所述设备变量参数，可以实现所述无线充电互操作系统10的互操作，有利于无线充电技术的普及和电动汽车的便捷使用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无线充电互操作系统性能认证方法，其特征在于，包括：
S10，建立所述无线充电互操作系统(10)的电路阻抗模型；
S20，根据所述电路阻抗模型，分别获取逆变阻抗、互感前阻抗以及互感后阻抗，所述逆变阻抗作为第一认证目标，所述互感后阻抗与所述互感前阻抗的商作为第二认证目标；
S30，获取所述无线充电互操作系统(10)的设备固定参数，并估计所述无线充电互操作系统(10)的目标功率，进而获得第一认证区间和第二认证区间；
S40，获取所述无线充电互操作系统(10)的设备变量参数；
S50，在所述设备变量参数的取值范围内，获取每一个所述设备变量参数对应的第一认证目标值和第二认证目标值；
S60，当至少有一个所述设备变量参数对应的第一认证目标值位于所述第一认证区间内，并且此所述设备变量参数对应的第二认证目标值位于所述第二认证区间内时，判定所述无线充电互操作系统(10)能进行互操作。
2.根据权利要求1所述的无线充电互操作系统性能认证方法，其特征在于，所述无线充电互操作系统(10)包括发射电路(100)和与所述发射电路(100)电连接的接收电路(200)，所述发射电路(100)包括依次电连接的逆变器(110)、第一补偿电路(120)以及发射线圈(130)，所述接收电路(200)包括与所述发射线圈(130)无线连接的接收线圈(210)；
所述获得第一认证区间的步骤包括：
根据所述逆变器(110)性能要求或根据经验，获取所述逆变器(110)的电压与电流的相位差限值，作为所述第一认证区间的第一相位区间；
获取所述逆变器(110)的电压限值和电流限值；
根据所述电压限值和所述电流限值，并利用所述目标功率，获取第一认证区间的第一幅值区间。
3.根据权利要求2所述的无线充电互操作系统性能认证方法，其特征在于，所述获得第二认证区间的步骤包括：
根据所述发射线圈(130)和所述接收线圈(210)的相差需求，或根据经验，获取相位差限值，作为所述第二认证区间的第二相位区间；
获取所述发射线圈(130)的电流限值，并获取所述接收线圈(210)的电流限值；
根据所述发射线圈(130)的电流限值和所述接收线圈(210)的电流限值，并利用所述目标功率，获取第二认证区间的第二幅值区间。
4.根据权利要求3所述的无线充电互操作系统性能认证方法，其特征在于，所述估计所述无线充电互操作系统(10)的目标功率的步骤包括：
根据电池充电需求，选取典型充电工作点，所述典型充电工作点包括工作电压和工作电流；
利用所述工作电压和所述工作电流，估计所述目标功率。
5.根据权利要求4所述的无线充电互操作系统性能认证方法，其特征在于，所述设备变量参数包括所述无线充电互操作系统(10)的工作频率或所述无线充电互操作系统(10)的阻抗控制变量中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的无线充电互操作系统性能认证方法，其特征在于，获取所述无线充电互操作系统(10)的工作频率的步骤包括：
获取所述发射电路(100)的工作频率范围，并获取所述接收电路(200)的工作频率范围；
根据所述发射电路(100)的工作频率范围与所述接收电路(200)的工作频率范围的交集，确定所述工作频率。
7.根据权利要求6所述的无线充电互操作系统性能认证方法，其特征在于，所述S10，建立所述无线充电互操作系统(10)的电路阻抗模型的步骤包括：
获取所述无线充电互操作系统(10)的第三设备参数，所述第三设备参数至少包括发射线圈结构参数和接收线圈结构参数；
根据所述第三设备参数，获取所述发射线圈(130)的自感、所述接收线圈(210)的自感以及所述发射线圈(130)和所述接收线圈(210)之间的互感，进而建立所述电路阻抗模型。
8.根据权利要求7所述的无线充电互操作系统性能认证方法，其特征在于，所述根据所述第三设备参数，获取所述发射线圈(130)的自感、所述接收线圈(210)的自感以及所述发射线圈(130)和所述接收线圈(210)之间的互感的步骤包括：
利用所述发射线圈结构参数和所述接收线圈结构参数，建立磁场耦合模型；
利用所述磁场耦合模型，获取所述发射线圈(130)的自感、所述接收线圈(210)的自感以及所述发射线圈(130)和所述接收线圈(210)之间的互感。
9.根据权利要求8所述的无线充电互操作系统性能认证方法，其特征在于，当每一个所述设备变量参数对应的第一认证目标值超出所述第一认证区间，或者每一个所述设备变量参数对应的第二认证目标值超出所述第二认证区间时，判定所述无线充电互操作系统(10)不能进行互操作。
10.根据权利要求9所述的无线充电互操作系统性能认证方法，其特征在于，当判定所述无线充电互操作系统(10)不能进行互操作时，调节所述无线充电互操作系统(10)的所述设备变量参数，直至判定所述无线充电互操作系统(10)能进行互操作为止。
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