CN111404281A - 一种无线充电效率优化方法以及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于无线充电技术领域，具体提供一种无线充电效率优化方法以及装置，所述无线充电效率优化方法包括如下步骤：控制PWM信号的移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧；检测所述发射侧的输入功率；扰动PWM信号的移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。本发明能够实现无线充电效率最大化，可保证系统在各种情况下都能工作在最大效率点，且提高了系统响应速度，最大限度地降低了对通讯的依赖性。

Description

一种无线充电效率优化方法以及装置

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电效率优化方法以及装置。

背景技术

目前AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)多采用接触式充电方式，在充电过程中可能产生火花，存在安全隐患，且存在充电触头磨损，需要定期更换，不适用于频繁的随机充电。另外因为充电触头是暴露部件，无法在低温凝露、潮湿、易燃易爆等环境下正常工作。

鉴于有线充电存在的问题，目前还有采用无线充电的方式。无线充电方式是通过初级线圈产生一定频率的交流电，通过电磁感应在次级线圈中产生一定的电流，从而将能量从发射侧转移到接收侧，接收侧再将充电电压传输到负载端，实现对负载端的充电操作。

在无线充电过程中，系统最大效率与负载阻抗有着很大的关系，且存在一个特定负载阻抗下效率的最大值。然而在实际充电过程中，负载阻抗随时间缓慢变化，线圈互感随着线圈位置不同也发生变化，因此无法正向确定一个固定参数来保证效率的最大值，导致系统无法维持最佳效率进行无线充电过程，造成大量的能量耗损。

发明内容

本发明提供一种无线充电效率优化方法，旨在解决现有无线充电系统无法维持最大效率进行无线充电的技术问题。

本发明是这样实现的，提供一种无线充电效率优化方法，应用于无线充电系统，所述无线充电系统包括发射侧以及接收侧，所述无线充电效率优化方法包括如下步骤：

控制PWM信号的移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧；

检测所述发射侧的输入功率；以及

扰动PWM信号的移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

进一步地，所述扰动PWM信号的移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧的步骤，具体包括：

设定移动步长、最大移相角以及最小移相角；

根据所述移动步长扰动PWM信号的移相角；

在当前移相角等于所述最大移相角或者所述最小移相角时，直接切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据所述移动步长扰动当前移相角，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧；

在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据所述移动步长扰动当前移相角，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

进一步地，所述在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据所述移动步长扰动当前移相角，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧的步骤，具体包括：

在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，且当前移相角处于增加阶段时，若当前移相角对应的输入功率小于上一移相角对应的输入功率，将移相角增加一所述移动步长，若当前移相角对应的输入功率大于上一移相角对应的输入功率，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将移相角减少一所述移动步长，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧；

在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，且当前移相角处于减少阶段时，若当前移相角对应的输入功率小于上一移相角对应的输入功率，将移相角减少一所述移动步长，若当前移相角对应的输入功率大于上一移相角对应的输入功率，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将移相角增加一所述移动步长，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

进一步地，所述接收侧设有Buck电路，所述设定最大移相角以及最小移相角的步骤，具体包括：

根据公式：

其中，a_high为最大移相角，Vout2为所述Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出所述最大移相角；

根据公式：

其中，a_low为最小移相角，Vout2为所述Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出所述最小移相角。

进一步地，所述接收侧设有Buck电路，所述控制PWM信号的移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧的步骤之前，还包括：

在接收到启动信号之后，开启初始化调节，控制PWM信号的移相角为初始移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧；

检测所述Buck电路的实际输入电压以及实际输出电压；

计算调节步长；

根据所述调节步长调节PWM信号的移相角；

在所述实际输入电压以及所述实际输出电压符合预设倍数时，完成初始化调节，保证所述发射侧能够传输足够能量到所述接收侧。

进一步地，所述计算调节步长的步骤，具体包括：

设定比例系数；

根据所述比例系数、所述实际输入电压以及1.5倍的所述实际输出电压，计算得出所述调节步长。

本发明还提供一种无线充电效率优化装置，应用于无线充电系统，所述无线充电系统包括发射侧以及接收侧，所述无线充电效率优化装置包括：

移相角控制单元，用于控制PWM信号的移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧；

功率检测单元，用于检测所述发射侧的输入功率；以及

寻优效率单元，用于扰动PWM信号的移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

进一步地，所述寻优效率单元包括：

设定模块，用于设定移动步长、最大移相角以及最小移相角；

移相角扰动模块，用于根据所述移动步长扰动PWM信号的移相角；

第一切换模块，用于在当前移相角等于所述最大移相角或者所述最小移相角时，直接切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据所述移动步长扰动当前移相角，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧；

第二切换模块，用于在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据所述移动步长扰动当前移相角，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

进一步地，所述第二切换模块包括：

第一移相角扰动子模块，用于在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，且当前移相角处于增加阶段时，若当前移相角对应的输入功率小于上一移相角对应的输入功率，将移相角增加一所述移动步长，若当前移相角对应的输入功率大于上一移相角对应的输入功率，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将移相角减少一所述移动步长，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧；

第二移相角扰动子模块，用于在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，且当前移相角处于减少阶段时，若当前移相角对应的输入功率小于上一移相角对应的输入功率，将移相角减少一所述移动步长，若当前移相角对应的输入功率大于上一移相角对应的输入功率，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将移相角增加一所述移动步长，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

进一步地，所述接收侧设有Buck电路，所述设定模块包括：

最大移相角计算子模块，用于根据公式：

其中，a_high为最大移相角，Vout2为所述Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出所述最大移相角；

最小移相角计算子模块，用于根据公式：

其中，a_low为最小移相角，Vout2为所述Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出所述最小移相角。

进一步地，所述接收侧设有Buck电路，所述无线充电效率优化装置还包括：

初始化调节开启单元，用于在接收到启动信号之后，开启初始化调节，控制PWM信号的移相角为初始移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧；

电压检测单元，用于检测所述Buck电路的实际输入电压以及实际输出电压；

调节步长计算单元，用于计算调节步长；

移相角调节单元，用于根据所述调节步长调节PWM信号的移相角；

初始化调节完成单元，用于在所述实际输入电压以及所述实际输出电压符合预设倍数时，完成初始化调节，保证所述发射侧能够传输足够能量到所述接收侧。

进一步地，所述调节步长计算单元包括：

比例系数设定模块，用于设定比例系数；

调节步长计算模块，用于根据所述比例系数、所述实际输入电压以及1.5倍的所述实际输出电压，计算得出所述调节步长。

本发明的有益效果在于，通过在能量传输过程中对PWM信号的移相角不断扰动，在检测到输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，继续寻优，能够动态实现发射侧一直以最优效率将能量传输到接收侧，实现无线充电效率最大化。LCC-S拓扑架构及无线充电效率优化的控制策略，可保证系统在各种情况下都能工作在最大效率点，且提高了系统响应速度，最大限度地降低了对通讯的依赖性。。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的无线充电系统结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的系统传输效率与等效负载的关系曲线；

图3是本发明实施例一提供的无线充电效率优化方法流程图；

图4是本发明实施例二提供的步骤S3的具体流程图；

图5是本发明实施例五提供的无线充电效率优化方法流程图；

图6是本发明实施例七提供的无线充电效率优化装置框图；

图7是本发明实施例八提供的寻优效率单元的具体框图；

图8是本发明实施例十一提供的无线充电效率优化装置框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种无线充电效率优化方法，通过控制PWM信号的移相角，使发射侧将能量传输到接收侧，通过在能量传输过程中对PWM信号的移相角不断扰动，在检测到输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，继续寻优，能够动态实现发射侧一直以最优效率将能量传输到接收侧，实现无线充电效率最大化。LCC-S拓扑架构及无线充电效率优化的控制策略，可保证系统在各种情况下都能工作在最大效率点，且提高了系统响应速度，最大限度地降低了对通讯的依赖性。

实施例一

本实施例提供一种无线充电效率优化方法，应用于无线充电系统，该无线充电系统包括发射侧以及接收侧，如图1所示，该无线充电系统还包括逆变单元100、谐振单元200以及整流单元300；逆变单元100连接发射侧的输入电压，连接谐振单元200，用于将发射侧的直流电转换为交流电后传输到谐振单元200；谐振单元200还连接整流单元300，用于将逆变单元100传输的交流电谐振后传输到整流单元300；整流单元300还连接接收侧，用于将谐振单元200传输的交流电转换为直流电后传输到接收侧。

图1中，Iin为发射侧的输入电流，Pin为发射侧的输入功率，Vin2为接收侧的Buck电路的实际输入电压，Vout2为接收侧的Buck电路的实际输出电压，即充电电压；M为相互耦合的发射线圈Lp与接收线圈Ls的互感，能量通过发射线圈Lp发射到接收线圈Ls，L_r为一次侧补偿电感，R_eq为等效负载，R_lr为补偿电感的电阻，R_p为发射线圈Lp的电阻，R_s为接收线圈Ls的电阻。

需要说明的是，系统传输效率公式如下：

其中，η为系统传输效率，ω为系统高频逆变器工作角频率。

最优负载公式如下：

从图2所示的系统传输效率与等效负载的关系曲线可以看出，系统最大效率与负载阻抗有着很大的关系，且存在一个特定负载阻抗下传输效率的最大值。然而实际应用中，电池充电过程中负载阻抗是随时间缓慢变化的、互感随着线圈位置不同也是变化的，因此无法正向确定一个固定的参数来保证效率的最大值。现有技术中的许多无线充电产品的接收端都没有DC-DC，负载的调节通常是通过通讯来直接调节发射侧，这种控制方式的缺点是过于依赖通讯，从而导致系统动态响应速度极慢，输出纹波系数也很难达到要求，且对输出短路开路等保护也无法实现。本系统中，发射侧无需根据用电设备的情况改变控制占空比或者频率，即无需接收侧的通信反馈，便能实现较为简单的逆变控制，可靠性高，且逆变单元100能够提供波动较小的逆变电压至谐振单元200，谐振单元200能够保证处于最佳谐振状态工作。

如图3所示，本实施例的无线充电效率优化方法包括如下步骤：

步骤S1、控制PWM信号的移相角，使发射侧将能量传输到接收侧。

可以理解的是，PWM信号的移相角为发射侧逆变移相触发的触发角。

步骤S2、检测发射侧的输入功率；具体来说，可以通过电压电流采样检测系统检测发射侧的输入功率Pin。

步骤S3、扰动PWM信号的移相角，并在检测到输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，使发射侧寻优效率将能量传输到接收侧。

上述方法的原理如下：通过控制PWM信号的移相角，使发射侧将能量传输到接收侧，在发射侧将能量传输到接收侧过程中，检测发射侧的输入功率，通过扰动PWM信号的移相角，进行PWM信号的移相角的调节，在检测到输入功率有上升趋势时，而输入功率越大，意味着能量传输效率越低，所以为了寻优效率，此时切换对PWM信号的移相角的扰动方向，使发射侧寻优效率将能量传输到接收侧。

本实施例中，通过在能量传输过程中对PWM信号的移相角不断扰动，在检测到输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，继续寻优，能够动态实现发射侧一直以最优效率将能量传输到接收侧，实现无线充电效率最大化。本实施例所采用的LCC-S拓扑架构及无线充电效率优化的控制策略，可保证系统在各种情况下都能工作在最大效率点，且提高了系统响应速度，最大限度地降低了对通讯的依赖性。

实施例二

本实施例提供一种无线充电效率优化方法，在实施例一的基础上，如图4所示，其中的步骤S3具体包括如下子步骤：

步骤S31、设定移动步长△a、最大移相角a_high以及最小移相角a_low；优选地，其中的移动步长△a作为移相角的一个扰动量，如果过小，移相角的变化量不明显，扰动效果不明显，如果过大，则移相角的波动过大，检测结果不准确，本实施例中，移动步长△a可以在0.1度至0.5度范围内设定，例如设定移动步长△a为0.2。

可以理解的是，当移动步长△a设置为较小的值，则移相角的调节精度高，但同时优化时长也相对较长，当移动步长△a设置为较大的值，则移相角的调节精度不高，但同时优化时长也相对缩短。

步骤S32、根据移动步长△a扰动PWM信号的移相角。

步骤S33、在当前移相角a(0)等于最大移相角a_high或者最小移相角a_low时，直接切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据移动步长△a扰动当前移相角，使发射侧寻优效率将能量传输到接收侧。具体地，当前移相角a(0)等于最大移相角a_high或者最小移相角a_low时，说明已经达到元器件临界耐压值，此时直接切换移相角，以保证在最大移相角a_high至最小移相角a_low这一范围内继续寻优。

步骤S34、在当前移相角a(0)小于最大移相角a_high并大于最小移相角a_low，并在检测到输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据移动步长△a扰动当前移相角，使发射侧寻优效率将能量传输到接收侧。

可以理解的是，当扰动PWM信号的移相角时，需要考虑接收侧的输入电压Vin2，由于元器件的耐压限制，接收侧的输入电压Vin2必须要有一定范围，而不能无限制地调节，因此，本实施例中，通过设定最大移相角a_high以及最小移相角a_low，实现对接收侧的输入电压Vin2的限制。

本实施例中，通过最大移相角以及最小移相角，实现对接收侧的输入电压的限制，避免元器件由于过压被烧毁，此外，每次更改移相角以设定的移动步长为单位，通过设定不同的移动步长，可以实现移相角的精度及优化时长的调节。

实施例三

本实施例提供一种无线充电效率优化方法，在实施例二的基础上，步骤S34具体包括如下子步骤：

步骤S341、在当前移相角a(0)小于最大移相角a_high并大于最小移相角a_low，且当前移相角处于增加阶段时，若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0小于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率并没有上升趋势，将当前移相角a(0)增加一移动步长△a，更改后的移相角a(1)＝a(0)+△a；若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0大于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率有上升趋势，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将当前移相角a(0)减少一移动步长△a，使发射侧寻优效率将能量传输到接收侧，更改后的移相角a(1)＝a(0)-△a。

可以理解的是，在当前移相角a(0)小于最大移相角a_high并大于最小移相角a_low，且当前移相角处于增加阶段的情况下，若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0小于上一移相角对应的输入功率，说明输入功率没有上升趋势，此时通过增加移相角来更改当前移相角，继续寻优；若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0大于上一移相角对应的输入功率，说明输入功率有上升趋势，此时需要切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并通过减少移相角来更改当前移相角，此时移相角进入减少阶段，继续寻优。

步骤S342、在当前移相角a(0)小于最大移相角a_high并大于最小移相角a_low，且当前移相角处于减少阶段时，若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0小于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率没有上升趋势，将当前移相角a(0)减少一移动步长△a，a(1)＝a(0)-△a；若当前移相角对应的输入功率大于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率有上升趋势，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将当前移相角a(0)增加一移动步长△a，使发射侧寻优效率将能量传输到接收侧，a(1)＝a(0)+△a。

可以理解的是，在当前移相角a(0)小于最大移相角a_high并大于最小移相角a_low，且当前移相角处于减少阶段的情况下，若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0小于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率没有上升趋势，则通过减少移相角来更改当前移相角，继续寻优；若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0大于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率有上升趋势，则切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并通过增加移相角来更改当前移相角，此时移相角进入增加阶段，继续寻优。

本实施例中，通过在当前移相角小于最大移相角并大于最小移相角时，对移相角的增加阶段和减少阶段做区分，准确检测输入功率的变化趋势，确定继续寻优的方式，进而判断是否切换对PWM信号的移相角的扰动方向，实现继续寻优。

实施例四

本实施例提供一种无线充电效率优化方法，在实施例二的基础上，无线充电系统的接收侧设有Buck电路400，Buck电路400设在谐振单元200与接收侧之间，Buck电路400也即降压式变换电路，用于为用电设备提供所需要的恒压或者恒流，实现对用电设备的供电驱动，Iout2为接收侧的Buck电路的实际输出电流，即充电电流。

设定最大移相角以及最小移相角的步骤，具体包括：

步骤S311、根据公式：

其中，a_high为最大移相角，Vout2为Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出最大移相角a_high。

步骤S312、根据公式：

其中，a_low为最小移相角，Vout2为Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出最小移相角a_low。

需要说明的是，β与线圈参数、互感M及输入母线电压Ud有关，在每次通讯的间隔中，线圈参数、互感M及输入母线电压Ud视为不变，因此，β视为一个常数，基于此，接收侧的输入电压Vin2与发射侧的移相角就有一个确定的对应关系，

由于接收侧的输入电压Vin2必须要有一定范围，因此，可以每间隔一段时间(例如，可以是1～5s，具体根据实际系统设定即可)，根据通过无线通讯来读取的接收侧的输入电压Vin2、当前的移相角a(0)，设定的接收侧的输入电压Vin2的上限及下限，计算最大移相角a-high及最小移相角a-low，来预测发射侧的移相角的范围。

作为一种优选，接收侧的输入电压Vin2的上限可以为2Vout，即2倍的Buck电路的实际输出电压，下限可以为Vout，即1倍的Buck电路的实际输出电压，如此设置，当接收侧的输入电压Vin2达到2Vout时，发射侧的移相角再继续减小的话，可能就会由于过压而烧坏元器件，因此，即使当前还没达到输入功率最小也不能继续使发射侧的移相角变小了，只能向使接收侧的输入电压Vin2变小的方向调节移相角。

本实施例中，通过接收侧的输入电压、当前的移相角，设定的接收侧的输入电压的上限及下限，计算最大移相角及最小移相角，来预测发射侧的移相角的调节范围，实现对接收侧的输入电压的限制，避免元器件由于过压被烧毁。

实施例五

本实施例提供一种无线充电效率优化方法，在实施例一的基础上，接收侧设有Buck电路400，如图5所示，步骤S1之前还包括：

步骤S5、在接收到启动信号之后，开启初始化调节，控制PWM信号的移相角为初始移相角，使发射侧将能量传输到接收侧。

步骤S6、检测Buck电路的实际输入电压以及实际输出电压。

步骤S7、计算调节步长。

步骤S8、根据调节步长调节PWM信号的移相角。

步骤S9、在实际输入电压以及实际输出电压符合预设倍数时，完成初始化调节，保证发射侧能够传输足够能量到接收侧。其中，预设倍数在1.5至2的范围内。

本实施例中，通过初始化调节，使Buck电路的实际输入电压以及实际输出电压符合预设倍数，保证了发射侧能提供足够的功率给接收侧，满足了传输过程的功率要求，为后续的无线充电效率优化提供功率保证。

实施例六

本实施例提供一种无线充电效率优化方法，在实施例五的基础上，其中的步骤S7具体包括：

步骤S71、设定比例系数。

步骤S72、根据比例系数、实际输入电压以及1.5倍的实际输出电压，计算得出调节步长。可以理解的是，可以根据Buck电路的实际输入电压Vin2与1.5倍Buck电路的实际输出电压Vout2的差值按照比例确定调节步长，即：采用纯比例调节方法计算调节步长。

本实施例中，根据Buck电路的实际输入电压以及1.5倍的充电电压计算调节步长，能够在满足充电电压需求，确定出准确的调节步长，以此调节步长调节PWM信号的移相角，在实际输入电压以及实际输出电压符合预设倍数时，能够保证发射侧能够传输足够能量到接收侧。

实施例七

与实施例一对应地，本实施例提供一种无线充电效率优化装置，应用于无线充电系统，该无线充电系统包括发射侧以及接收侧，如图6所示，该无线充电效率优化装置包括：

移相角控制单元1，用于控制PWM信号的移相角，使发射侧将能量传输到接收侧；

功率检测单元2，用于检测发射侧的输入功率；以及

寻优效率单元3，用于扰动PWM信号的移相角，并在检测到输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，使发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

可以理解的是，本实施例中各单元的执行步骤请参见实施例一的相关描述，此处不再赘述。

本实施例中，通过在能量传输过程中对PWM信号的移相角不断扰动，在检测到输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，继续寻优，能够动态实现发射侧一直以最优效率将能量传输到接收侧，实现无线充电效率最大化。本实施例所采用的LCC-S拓扑架构及无线充电效率优化的控制策略，可保证系统在各种情况下都能工作在最大效率点，且提高了系统响应速度，最大限度地降低了对通讯的依赖性。

实施例八

与实施例二对应地，本实施例提供一种无线充电效率优化装置，在实施例七的基础上，如图7所示，寻优效率单元3，包括：

所述寻优效率单元3包括：

设定模块31，用于设定移动步长、最大移相角以及最小移相角；其中的移动步长△a可以在0.1度至0.5度范围内设定，例如设定移动步长△a为0.2。

移相角扰动模块32，用于根据移动步长△a扰动PWM信号的移相角；

第一切换模块33，用于在当前移相角等于最大移相角或者最小移相角时，直接切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据移动步长扰动当前移相角，使发射侧寻优效率将能量传输到接收侧；

第二切换模块34，用于在当前移相角小于最大移相角并大于最小移相角，并在检测到输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据移动步长扰动当前移相角，使发射侧寻优效率将能量传输到接收侧。

可以理解的是，本实施例中各模块的执行步骤请参见实施例二的相关描述，此处不再赘述。

本实施例中，通过最大移相角以及最小移相角，实现对接收侧的输入电压的限制，避免元器件由于过压被烧毁，此外，每次更改移相角以设定的移动步长为单位，通过设定不同的移动步长，可以实现移相角的精度及优化时长的调节。

实施例九

与实施例三对应地，本实施例提供一种无线充电效率优化装置，在实施例八的基础上，第二切换模块34包括：

第一移相角扰动子模块341，用于在当前移相角a(0)小于最大移相角a_high并大于最小移相角a_low，且当前移相角处于增加阶段时，若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0小于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率并没有上升趋势，将当前移相角a(0)增加一移动步长△a，更改后的移相角a(1)＝a(0)+△a；若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0大于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率有上升趋势，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将当前移相角a(0)减少一移动步长△a，使发射侧寻优效率将能量传输到接收侧，更改后的移相角a(1)＝a(0)-△a。

可以理解的是，在当前移相角a(0)小于最大移相角a_high并大于最小移相角a_low，且当前移相角处于增加阶段的情况下，若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0小于上一移相角对应的输入功率，说明输入功率没有上升趋势，此时通过增加移相角来更改当前移相角，继续寻优；若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0大于上一移相角对应的输入功率，说明输入功率有上升趋势，此时需要切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并通过减少移相角来更改当前移相角，此时移相角进入减少阶段，继续寻优。

第二移相角扰动子模块342，用于在当前移相角a(0)小于最大移相角a_high并大于最小移相角a_low，且当前移相角处于减少阶段时，若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0小于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率没有上升趋势，将当前移相角a(0)减少一移动步长△a，a(1)＝a(0)-△a；若当前移相角对应的输入功率大于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率有上升趋势，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将当前移相角a(0)增加一移动步长△a，使发射侧寻优效率将能量传输到接收侧，a(1)＝a(0)+△a。

可以理解的是，在当前移相角a(0)小于最大移相角a_high并大于最小移相角a_low，且当前移相角处于减少阶段的情况下，若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0小于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率没有上升趋势，则通过减少移相角来更改当前移相角，继续寻优；若当前移相角a(0)对应的输入功率Pin0大于上一移相角对应的输入功率，说明此时输入功率有上升趋势，则切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并通过增加移相角来更改当前移相角，此时移相角进入增加阶段，继续寻优。

可以理解的是，本实施例中各模块的执行步骤请参见实施例三的相关描述，此处不再赘述。

本实施例中，通过对当前移相角小于最大移相角并大于最小移相角时，对移相角的增加阶段和减少阶段做区分，准确检测输入功率的变化趋势，确定继续寻优的方式，进而判断是否切换对PWM信号的移相角的扰动方向，实现继续寻优。

实施例十

与实施例四对应地，本实施例提供一种无线充电效率优化装置，在实施例八的基础上，接收侧设有Buck电路，设定模块31包括：

最大移相角计算子模块311，用于根据公式：

其中，a_high为最大移相角，Vout2为Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出最大移相角；

最小移相角计算子模块312，用于根据公式：

其中，a_low为最小移相角，Vout2为Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出最小移相角。

可以理解的是，本实施例中各模块的执行步骤请参见实施例四的相关描述，此处不再赘述。

本实施例中，通过接收侧的输入电压、当前的移相角，设定的接收侧的输入电压的上限及下限，计算最大移相角及最小移相角，来预测发射侧的移相角的调节范围，实现对接收侧的输入电压的限制，避免元器件由于过压被烧毁。

实施例十一

与实施例五对应地，本实施例提供一种无线充电效率优化装置，在实施例八的基础上，接收侧设有Buck电路，如图8所示，该无线充电效率优化装置还包括：

初始化调节开启单元5，用于在接收到启动信号之后，开启初始化调节，控制PWM信号的移相角为初始移相角，使发射侧将能量传输到接收侧；

电压检测单元6，用于检测Buck电路的实际输入电压以及实际输出电压；

调节步长计算单元7，用于计算调节步长；

移相角调节单元8，用于根据调节步长调节PWM信号的移相角；

初始化调节完成单元9，用于在实际输入电压以及实际输出电压符合预设倍数时，完成初始化调节，保证发射侧能够传输足够能量到接收侧。

可以理解的是，本实施例中各单元的执行步骤请参见实施例五的相关描述，此处不再赘述。

本实施例中，通过初始化调节，使Buck电路的实际输入电压以及实际输出电压符合预设倍数，保证了发射侧能提供足够的功率给接收侧，满足了传输过程的功率要求，为后续的无线充电效率优化提供功率保证。

实施例十二

与实施例六对应地，本实施例提供一种无线充电效率优化装置，在实施例十一的基础上，调节步长计算单元7包括：

比例系数设定模块71，用于设定比例系数；

调节步长计算模块72，用于根据比例系数、实际输入电压以及1.5倍的实际输出电压，计算得出调节步长。

可以理解的是，本实施例中各模块的执行步骤请参见实施例六的相关描述，此处不再赘述。

本实施例中，根据Buck电路的实际输入电压以及1.5倍的充电电压计算调节步长，能够在满足充电电压需求，确定出准确的调节步长，以此调节步长调节PWM信号的移相角，在实际输入电压以及实际输出电压符合预设倍数时，能够保证发射侧能够传输足够能量到接收侧。

综上所述，本发明实施例提供的无线充电效率优化方法以及装置，通过在能量传输过程中对PWM信号的移相角不断扰动，在检测到输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，继续寻优，能够动态实现发射侧一直以最优效率将能量传输到接收侧，实现无线充电效率最大化。本实施例所采用的LCC-S拓扑架构及无线充电效率优化的控制策略，可保证系统在各种情况下都能工作在最大效率点，且提高了系统响应速度，最大限度地降低了对通讯的依赖性。

进一步地，通过最大移相角以及最小移相角，实现对接收侧的输入电压的限制，避免元器件由于过压被烧毁，此外，每次更改移相角以设定的移动步长为单位，通过设定不同的移动步长，可以实现移相角的精度及优化时长的调节。

进一步地，通过在当前移相角小于最大移相角并大于最小移相角时，对移相角处于增加阶段和减少阶段做区分，准确检测输入功率的变化趋势，确定继续寻优的方式，进而判断是否切换对PWM信号的移相角的扰动方向，实现继续寻优。

进一步地，通过接收侧的输入电压、当前的移相角，设定的接收侧的输入电压的上限及下限，计算最大移相角及最小移相角，来预测发射侧的移相角的调节范围，实现对接收侧的输入电压的限制，避免元器件由于过压被烧毁。

进一步地，通过初始化调节，使Buck电路的实际输入电压以及实际输出电压符合预设倍数，保证了发射侧能提供足够的功率给接收侧，满足了传输过程的功率要求，为后续的无线充电效率优化提供功率保证。

进一步地，根据Buck电路的实际输入电压以及1.5倍的充电电压计算调节步长，能够在满足充电电压需求，确定出准确的调节步长，以此调节步长调节PWM信号的移相角，在实际输入电压以及实际输出电压符合预设倍数时，能够保证发射侧能够传输足够能量到接收侧。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种无线充电效率优化方法，应用于无线充电系统，所述无线充电系统包括发射侧以及接收侧，其特征在于，所述无线充电效率优化方法包括如下步骤：

控制PWM信号的移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧；

检测所述发射侧的输入功率；以及

扰动PWM信号的移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

2.根据权利要求1所述的无线充电效率优化方法，其特征在于，所述扰动PWM信号的移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧的步骤，具体包括：

设定移动步长、最大移相角以及最小移相角；

根据所述移动步长扰动PWM信号的移相角；

在当前移相角等于所述最大移相角或者所述最小移相角时，直接切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据所述移动步长扰动当前移相角，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧；

在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据所述移动步长扰动当前移相角，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

3.根据权利要求2所述的无线充电效率优化方法，其特征在于，所述在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据所述移动步长扰动当前移相角，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧的步骤，具体包括：

在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，且当前移相角处于增加阶段时，若当前移相角对应的输入功率小于上一移相角对应的输入功率，将移相角增加一所述移动步长，若当前移相角对应的输入功率大于上一移相角对应的输入功率，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将移相角减少一所述移动步长，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧；

在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，且当前移相角处于减少阶段时，若当前移相角对应的输入功率小于上一移相角对应的输入功率，将移相角减少一所述移动步长，若当前移相角对应的输入功率大于上一移相角对应的输入功率，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将移相角增加一所述移动步长，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

4.根据权利要求2所述的无线充电效率优化方法，其特征在于，所述接收侧设有Buck电路，所述设定最大移相角以及最小移相角的步骤，具体包括：

根据公式：

其中，a_high为最大移相角，Vout2为所述Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出所述最大移相角；

根据公式：

其中，a_low为最小移相角，Vout2为所述Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出所述最小移相角。

5.根据权利要求1所述的无线充电效率优化方法，其特征在于，所述接收侧设有Buck电路，所述控制PWM信号的移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧的步骤之前，还包括：

在接收到启动信号之后，开启初始化调节，控制PWM信号的移相角为初始移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧；

检测所述Buck电路的实际输入电压以及实际输出电压；

计算调节步长；

根据所述调节步长调节PWM信号的移相角；

在所述实际输入电压以及所述实际输出电压符合预设倍数时，完成初始化调节，保证所述发射侧能够传输足够能量到所述接收侧。

6.根据权利要求5所述的无线充电效率优化方法，其特征在于，所述计算调节步长的步骤，具体包括：

设定比例系数；

根据所述比例系数、所述实际输入电压以及1.5倍的所述实际输出电压，计算得出所述调节步长。

7.一种无线充电效率优化装置，应用于无线充电系统，所述无线充电系统包括发射侧以及接收侧，其特征在于，所述无线充电效率优化装置包括：

移相角控制单元，用于控制PWM信号的移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧；

功率检测单元，用于检测所述发射侧的输入功率；以及

寻优效率单元，用于扰动PWM信号的移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

8.根据权利要求7所述的无线充电效率优化装置，其特征在于，所述寻优效率单元包括：

设定模块，用于设定移动步长、最大移相角以及最小移相角；

移相角扰动模块，用于根据所述移动步长扰动PWM信号的移相角；

第一切换模块，用于在当前移相角等于所述最大移相角或者所述最小移相角时，直接切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据所述移动步长扰动当前移相角，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧；

第二切换模块，用于在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，并在检测到所述输入功率有上升趋势时，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并根据所述移动步长扰动当前移相角，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

9.根据权利要求8所述的无线充电效率优化装置，其特征在于，所述第二切换模块包括：

第一移相角扰动子模块，用于在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，且当前移相角处于增加阶段时，若当前移相角对应的输入功率小于上一移相角对应的输入功率，将移相角增加一所述移动步长，若当前移相角对应的输入功率大于上一移相角对应的输入功率，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将移相角减少一所述移动步长，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧；

第二移相角扰动子模块，用于在当前移相角小于所述最大移相角并大于所述最小移相角，且当前移相角处于减少阶段时，若当前移相角对应的输入功率小于上一移相角对应的输入功率，将移相角减少一所述移动步长，若当前移相角对应的输入功率大于上一移相角对应的输入功率，切换对PWM信号的移相角的扰动方向，并将移相角增加一所述移动步长，使所述发射侧寻优效率将能量传输到所述接收侧。

10.根据权利要求8所述的无线充电效率优化装置，其特征在于，所述接收侧设有Buck电路，所述设定模块包括：

最大移相角计算子模块，用于根据公式：

其中，a_high为最大移相角，Vout2为所述Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出所述最大移相角；

最小移相角计算子模块，用于根据公式：

其中，a_low为最小移相角，Vout2为所述Buck电路的实际输出电压，β为常数，

计算得出所述最小移相角。

11.根据权利要求7所述的无线充电效率优化装置，其特征在于，所述接收侧设有Buck电路，所述无线充电效率优化装置还包括：

初始化调节开启单元，用于在接收到启动信号之后，开启初始化调节，控制PWM信号的移相角为初始移相角，使所述发射侧将能量传输到所述接收侧；

电压检测单元，用于检测所述Buck电路的实际输入电压以及实际输出电压；

调节步长计算单元，用于计算调节步长；

移相角调节单元，用于根据所述调节步长调节PWM信号的移相角；

初始化调节完成单元，用于在所述实际输入电压以及所述实际输出电压符合预设倍数时，完成初始化调节，保证所述发射侧能够传输足够能量到所述接收侧。

12.根据权利要求11所述的无线充电效率优化装置，其特征在于，所述调节步长计算单元包括：

比例系数设定模块，用于设定比例系数；

调节步长计算模块，用于根据所述比例系数、所述实际输入电压以及1.5倍的所述实际输出电压，计算得出所述调节步长。

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