CN111413570B - 无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法及装置 - Google Patents

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CN111413570B CN202010338420.6A CN202010338420A CN111413570B CN 111413570 B CN111413570 B CN 111413570B CN 202010338420 A CN202010338420 A CN 202010338420A CN 111413570 B CN111413570 B CN 111413570B
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Abstract

本申请涉及一种无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法及装置。所述方法包括：在磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号；将叠加控制信号输入原边电路；对副边电路的输出信号进行分离，并检测n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流；根据n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，基于霍夫电压定律，计算耦合回路的等效元件参数；根据耦合回路的等效元件参数，确定耦合回路的互感参数。本方法能够检测耦合回路的互感参数。

Description

无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法及装置
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电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法及装置。
背景技术
无线电能传输系统在运行中，由于电池特性以及耦合线圈相对位置偏离，充电过程中负载和互感参数会实时发生变化。负载和互感参数变化会导致耦合参数和能量传输特性的变化，影响变换器的谐振过程，从而改变运行条件和传输效率，使得传输效率不稳定。
传统技术中，对于传输效率不稳定的问题，一般采用两种方法解决：第一种是参数优化方法，通过调整输出电压和电流，减小输出电压和电流的波动，弥补负载和互感参数造成的传输效率不稳定；第二种是动态补偿法，实时获取负载参数，根据负载参数调整耦合回路中原边电容和电感的参数，从而稳定传输效率。
然而，这两种方法均是间接的解决传输效率不稳定的问题，对传输效率的稳定效果不佳。引起传输效率变化的直接原因之一，是互感参数的变化。因此，要更好的解决这个问题，需要检测互感参数。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法，用于检测磁耦合谐振式无线电能传输系统的耦合回路的互感参数，所述耦合回路包括原边电路和副边电路，所述方法包括：
在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，其中，n大于等于所述耦合回路的等效元件的个数，所述等效元件包括所述原边电路和所述副边电路的等效电感、等效电容、等效电阻；
将所述叠加控制信号输入所述原边电路；
对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流；
根据所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，基于霍夫电压定律，计算所述耦合回路的等效元件参数；
根据所述耦合回路的等效元件参数，确定所述耦合回路的互感参数。
在其中一个实施例中，所述根据所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，基于霍夫电压定律，计算所述耦合回路的等效元件参数，包括：
获取所述耦合回路的方程式，所述耦合回路的方程式是基于霍夫电压定律建立的方程式，所述耦合回路的方程式用于表征等效元件参数、输出谐波电压和输出谐波电流之间的关系；
将所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流分别代入所述耦合回路的方程式，得到n个方程式；
根据所述n个方程式求解所述耦合回路的等效元件参数。
在其中一个实施例中，所述耦合回路的方程式为：
Figure BDA0002467637980000031
其中，x1＝Rp，x2＝Lp，
Figure BDA0002467637980000032
x4＝Ls，x5＝LsCs，Rp表示原边等效电阻，Lp表示原边电感，Cp表示原边串联电容，表示副边电感，Cs表示副边并联补偿电容，ω表示所述叠加控制信号的频率，Ip表示原边电感电流谐波分量的等效值、Io表示所述输出谐波电流，Up表示原边电路输出电压的等效值，Uo表示输出谐波电压。
在其中一个实施例中，所述根据所述耦合回路的等效元件参数，确定所述耦合回路的互感参数，包括：
通过公式
Figure BDA0002467637980000033
计算所述耦合回路的互感参数，其中，M表示所述耦合回路的互感参数，Is表示副边电感电流谐波分量的等效值。
在其中一个实施例中，所述在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，包括：
分别向所述原始PWM控制信号上叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到n个不同频率的叠加控制信号。
在其中一个实施例中，所述对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，包括：
通过带通滤波器，分别对所述副边电路的n个输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
在其中一个实施例中，所述预设频率的低频正弦谐波信号为：
Figure BDA0002467637980000034
Figure BDA0002467637980000035
其中，ω表示低频正弦谐波的频率，k表示低频正弦谐波信号的编号。
在其中一个实施例中，所述在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，包括：
向所述原始PWM控制信号同时叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到所述叠加控制信号。
在其中一个实施例中，所述预设频率的低频正弦谐波信号为：
Figure BDA0002467637980000041
其中，ω表示低频正弦谐波的频率，k表示低频正弦谐波信号的编号。
在其中一个实施例中，所述对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，包括：
通过n个谐振调节器，对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
根据所述耦合回路的等效元件参数和所述耦合回路的互感参数中的至少一个，调整控制所述磁耦合谐振式无线电能传输系统，以使所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率稳定。
一种无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测装置，用于检测磁耦合谐振式无线电能传输系统的耦合回路的互感参数，所述耦合回路包括原边电路和副边电路，所述装置包括：
信号叠加模块，用于在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，其中，n大于等于所述耦合回路的等效元件的个数，所述等效元件包括所述原边电路和所述副边电路的等效电感、等效电容和等效电阻；
信号输入模块，用于将所述叠加控制信号输入所述原边电路；
信号分离检测模块，用于对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流；
等效元件参数计算模块，用于根据所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，基于霍夫电压定律，计算所述耦合回路的等效元件参数；
互感确定模块，用于根据所述耦合回路的等效元件参数，确定所述耦合回路的互感参数。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
上述无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法、装置、计算机设备和存储介质，能够实现对耦合回路的互感参数的检测。由于互感参数是引起传输效率不稳定的直接原因，所以以互感参数作的变化作为传输效率调节的依据，能够更加直接和准确的改变传输效率，提高传输效率的稳定性。同时，上述无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法、装置、计算机设备和存储介质，通过在原始PWM控制信号上叠加低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，将叠加控制信号输入原边电路后，分离副边电路的输出信号，并检测所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。基于输出谐波电压和输出谐波电流计算等效元件参数和互感参数。这整个过程，都可以在磁耦合谐振式无线电能传输系统正常工作时进行，即在线检测，不影响系统的使用，检测效率高，且在线检测更加准确。同时，这种检测方法过程简单，检测快速。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中磁耦合谐振无线电能传输系统电路图；
图2为一个实施例中无线电能传输系统的耦合回路互感检测方法的流程示意图；
图3为一个实施例中磁耦合谐振式无线电能传输系统耦合回路的等效电路图；
图4为一个实施例中原始PWM控制信号的波形图；
图5为一个实施例中注入叠加控制信号后S1、S4处的PWM控制信号的波形图；
图6为一个实施例中注入叠加控制信号后图1中S2、S3处的PWM控制信号的波形图；
图7为一个实施例中无线电能传输系统的耦合回路互感检测方法的流程示意图；
图8为一个实施例中无线电能传输系统的耦合回路互感检测方法的流程示意图；
图9为一个实施例中无线电能传输系统的耦合回路互感检测方法的流程示意图；
图10为一个实施例中无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测装置的结构框图；
图11为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的无线电能传输系统的耦合回路互感检测方法，用于检测磁耦合谐振式无线电能传输系统的耦合回路的互感。磁耦合谐振无线电能传输系统的耦合回路包括原边电路和副边电路。本申请实施例中，磁耦合谐振无线电能传输系统可以是原边串联-副边并联耦合回路，也可以是原边并联-副边串联耦合回路。在一些实施例中，本申请实施例提供的方法也可以应用于其他形式的谐振补偿回路中。本申请实施例以该方法应用于图1所示的原边串联-副边并联耦合回路的磁耦合谐振无线电能传输系统为例进行说明。请参见图1，图1为一个实施例提供的原边串联-副边并联耦合回路的磁耦合谐振无线电能传输系统。
本申请实施例提供的方法的执行主体可以是检测装置。检测装置与磁耦合谐振式无线电能传输系统的输出端连接。检测装置可以包括信号产生组件、电压检测电路、电流检测电路、带通滤波器和处理器等。信号产生组件用于产生需要的信号。电压检测电路用于检测磁耦合谐振式无线电能传输系统的输出端的电压，电流检测电路用于检测磁耦合谐振式无线电能传输系统输出端的电流，带通滤波器用于对副边电路的输出信号进行滤波，分离出需要的信号。处理器分别与信号产生组件、电压检测电路、电流检测电路和带通滤波器分别电连接。处理器可以是单独设置的中央处理器、微处理器、芯片等，也可以是计算机设备，可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种无线电能传输系统的耦合回路互感检测方法，以该方法应用于图1所示的磁耦合谐振式无线电能传输系统，执行主体为检测装置为例进行说明，包括以下步骤：
S10，在磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，其中，n大于等于耦合回路的等效元件的个数，等效元件包括原边电路和副边电路的等效电感、等效电容和等效电阻。
为了便于说明，且为了方便计算，对图1中的磁耦合谐振式无线电能传输系统耦合回路进行简化等效，得到图3的耦合回路等效电路图。
原始PWM控制信号是指磁耦合谐振式无线电能传输系统正常工作时，原边桥式逆变电路的控制信号。在一个实施例中，原始PWM控制信号信号为脉冲占空比为0.5的方波信号，原始PWM控制信号信号的波形图请参见图4。
向原始PWM控制信号注入n个预设频率的低频正弦谐波信号，其中，注入的低频正弦谐波信号，参照GB/T14277-93国家标准，低频是指频率在30-150KHz之间。n个预设频率的低频正弦谐波信号可以通过检测装置的信号产生组件产生，并与原始PWM控制信号进行叠加。n大于等于耦合回路的等效元件的个数。耦合回路的等效元件是指耦合回路中，原边电路的等效电容、等效电阻和等效电感，以及副边电路的等效电容、等效电阻和等效电感。不同结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统的耦合回路，元件种类不同，等效元件的个数就不同。如图2所示，磁耦合谐振式无线电能传输系统的耦合回路的等效元件包括：原边串联电容、原边电感、原边电阻、副边电感、副边并联补偿电容、副边等效电阻，共6个。则，n≥6。在一个实施例中，由于耦合回路副边等效电阻Rs远小于负载等效电阻Ro和副边电感阻抗XLs，即Rs＜＜Ro，Rs＜＜XLs，副边等效电阻对输出功率影响很小，可以忽略不计。因此，可以认为等效元件的个数为5个，n≥5，这样，能够简化后续的计算。以下实施例均以图2中等效元件个数为5进行说明。
每个低频正弦谐波信号的频率可以根据需求进行预先设置。在一个实施例中，n个低频正弦谐波信号中，任意两个低频正弦谐波信号的频率的差值大于预设的阈值。也就是说，n个低频正弦谐波信号之间，需要留出一定的频率跨度，从而便于信号的检测。
n个预设频率的正弦谐波信号可以分别加入原始PWM控制信号，得到n个叠加控制信号，即，每次加入一个频率的正弦谐波信号，得到一个叠加控制信号。也可以同时将n个预设频率的正弦谐波信号加入原始PWM控制信号，得到一个叠加控制信号。
假设叠加的正弦谐波信号为A，基于图4，叠加后得到的PWM控制信号的正向脉冲占空比为0.5+A，负向脉冲占空比为0.5-A。
S20，将叠加控制信号输入原边电路。
将叠加控制信号注入原边电路。注入叠加控制信号后，图1中原边电路S1、S4处的PWM控制信号的脉冲占空比为0.5+A，如图5所示；S2、S3处的PWM控制信号的脉冲占空比为0.5-A，如图6所示。
S30，对副边电路的输出信号进行分离，并检测n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
原边电路注入叠加控制信号后，经过耦合回路的谐振耦合，副边电路输出的信号会发生改变。在一个实施例中，可以利用检测装置中的带通滤波器进行滤波，将副边电路输出的信号进行滤波分离。之后，通过检测装置中电压检测电路和电路检测电路，分别检测副边电路输出端n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，检测得到的结果命名为输出谐波电压和输出谐波电流。每个预设频率对应一组输出谐波电压和输出谐波电流，因此，可以检测得到n组输出谐波电压和输出谐波电流。
S50，根据n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，基于霍夫电压定律，计算耦合回路的等效元件参数。
等效元件参数是指等效元件的参数，如等效电阻的电阻参数，即等效电阻的电阻值。根据霍夫电压定律，能够建立耦合回路等效元件参数以及输出谐波电压和输出谐波电流关系的方程式。每组输出谐波电压和输出谐波电流带入方程式，都能够得到一个新的方程，如此，能够得到n个方程。由于n大于等于耦合回路等效元件参数的个数，所以，n个方程中，未知量的个数小于方程的个数，将n个方程联立求解，能够求得各个等效元件参数。
S60，根据耦合回路的等效元件参数，确定耦合回路的互感参数。
互感参数是指耦合回路的互感的互感值。求得耦合回路的等效元件参数后，根据耦合回路的等效元件参数与耦合回路互感参数之间的关系，能够计算得到耦合回路的互感参数。
需要说明的是，叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号时，其中一个正弦谐波信号可以为0。换句话说，可以叠加n-1个预设频率的低频正弦谐波信号，同时将原始PWM控制信号也作为一个叠加控制信号，如此，可以得到n个叠加控制信号。对应的，分离得到的n个输出谐波信号中，有一个为原始PWM控制信号的频率对应的输出谐波信号。
耦合回路的互感参数能够作为传输效率调整的参考依据，根据耦合回路的互感参数，对磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率或其他参数进行调整，以使传输效率保持稳定。在另外一个实施例中，也可以以耦合等效元件参数和互感参数同时作为参考，调整磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率等，以调整传输效率。由于互感参数是引起传输效率不稳定的直接原因，因此，互感参数的变化，能够最直接的反应传输效率的稳定性。通过检测耦合回路的互感参数，以互感参数作为参考依据对磁耦合谐振式无线电能传输系统进行调整和控制，能够直接、准确的改变传输效率，更能够提高传输效率的稳定性。
本实施例提供的方法能够实现对耦合回路的互感参数的检测。由于互感参数变化是引起传输效率不稳定的直接原因，所以将互感参数作的变化作为传输效率调节的依据，能够更加直接和准确的改变传输效率，提高传输效率的稳定性。同时，本实施例提供的方法，通过在原始PWM控制信号上叠加低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，将叠加控制信号输入原边电路后，分离副边电路的输出信号，并检测n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。基于输出谐波电压和输出谐波电流计算等效元件参数和互感参数。这整个过程，都可以在磁耦合谐振式无线电能传输系统正常工作时进行，即在线检测，不影响系统的使用，检测效率高，且在线检测更加准确。同时，这种检测方法过程简单，检测快速。
在原始PWM控制信号上叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号至少包括实现方式：
第一种：请参见图7，在一个实施例中，S10包括：
S110，分别向原始PWM控制信号上叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到n个不同频率的叠加控制信号。
也就是说，每次向原始PWM控制信号上叠加一个预设频率的低频正弦谐波信号，得到一个叠加控制信号，共叠加n次，得到n个不同频率的叠加控制信号。
在一个实施例中，叠加的低频正弦谐波信号的幅值可以通过PI调节器进行电流闭环控制，根据输出谐波电流进行动态调节，以实现检测精度和输出谐波电流的自适应调节。
在另一个实施例中，叠加的预设频率的低频正弦谐波信号为：
Figure BDA0002467637980000121
其中，ω表示低频正弦谐波的频率，k表示低频正弦谐波信号的编号。
以图2所示磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路为例，叠加的低频正弦谐波信号为：A＝0.2sinωkt(k＝1，2，3，4，5)。
各个频率之间可以留出足够的频率跨度，以便信号检测。
在一个实施例中，对应的S20包括：
S210，将n个不同频率的叠加控制信号分别输入原边电路。
在一个实施例中，对应的，S30包括：
S310，通过带通滤波器分别对副边电路的n个输出信号进行分离，并检测n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
副边电路每次输出一个预设频率对应的输出信号，带通滤波器该输出信号进行分离，并检测该预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到该预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。如此，共滤波分离和检测n次，得到n个预设频率对应的n个输出谐波电压和n个输出谐波电流。
本实施例中，通过多次叠加，形成n个不同频率的叠加控制信号，分别对n个叠加控制信号对应的输出信号进行分离，得到n个预设频率对应的输出谐波分量，进而检测n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。本实施例提供的方法叠加控制信号较简单，信号分离比较容易，采用简单结构的带通滤波器即可实现信号分离，且输出的谐波信号准确度高。
第二种：请参见图8，在一个实施例中，S10包括：
S120，向原始PWM控制信号同时叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号。
本步骤中，可以同时将n个不同频率的低频正弦谐波信号叠加至原始PWM控制信号，得到一个叠加控制信号。也可以将n个不同频率的低频正弦谐波信号先叠加，再将叠加后的信号叠加至原始PWM控制信号，得到一个叠加控制信号。
在一个实施例中，叠加的低频正弦谐波信号为：
Figure BDA0002467637980000131
Figure BDA0002467637980000132
其中，ω表示低频正弦谐波的频率，k表示低频正弦谐波信号的编号。
以图2所示磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路为例，叠加的低频正弦谐波信号为：
Figure BDA0002467637980000133
在一个实施例中，对应的，S30包括：
S320，通过n个谐振调节器，对副边电路的输出信号进行分离，并检测n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
n个谐振调节器组成带通滤波器，对副边电路的输出信号进行分离，得到n个预设频率对应的输出谐波分量。检测n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
本实施例中，通过对向原始PWM控制信号同时叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，信号叠加方法简单，能够提高互感参数检测效率。
以上实施例中，通过两种信号叠加方法，均可形成叠加控制信号，同时，通过两种信号分离方法，得到n个预设频率对应的输出谐波信号。两种方法各有优势，且使得互感参数检测方法多样化。
请参见图9，在一个实施例中，S50包括：
S510，获取耦合回路的方程式，耦合回路的方程式是基于霍夫电压定量建立的方程式，耦合回路的方程式用于表征等效元件参数、输出谐波电压和输出谐波电流之间的关系；
S520，将n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流分别带入耦合回路的方程式，得到n个方程式；
S530，根据n个方程式求解耦合回路的等效元件参数。
基于图2耦合回路等效电路图，忽略副边等效电阻。负载等效电阻Ro可由公式
Figure BDA0002467637980000141
求得。式中，Uo表示负载两端的电压等效值，也等于输出谐波电压(后文中，均用Uo表示输出谐波电压)，表示输出谐波电流。
根据基尔霍夫电压定律对耦合回路列写方程式：
Figure BDA0002467637980000142
式(1)中，Rp表示原边等效电阻(即原边电路的等效电阻)，ω表示叠加控制信号的频率，Lp表示原边电感(即原边电路的电感)，Cp表示原边串联电容(即原边电路的串联电容)，Ip表示原边电感电流谐波分量的等效值，Is表示副边电感电流谐波分量的等效值，表示耦合回路的互感参数，Up表示原边电路输出电压的等效值，Ls表示副边电感(即副边电路的电感)，Uo表示输出谐波电压。由于叠加控制信号已知，原边电感电流谐波分量的等效值Ip和原边电路输出电压的等效值Up可以根据叠加控制信号确定。
根据公式(1)，令Rp＝x1，Lp＝x2，
Figure BDA0002467637980000151
Ls＝x4，LsCs＝x5，可将式(1)化为五元一次方程式：
Figure BDA0002467637980000152
将原边电感电流谐波分量的等效值Ip、原边电路输出电压的等效值Up，S40中测得的n个预设频率对应的输出谐波电压Uo、输出谐波电流Io，以及对应的预设频率ω代入式(2)中，得到5个关于x1、x2、x3、x4、x5的五元一次方程，联立构成方程组，进行求解可分别求出x1、x2、x3、x4、x5的值，即Rp、Lp、
Figure BDA0002467637980000153
Ls、LsCs的值。
副边并联补偿电容Cs可由公式(3)求得：
Figure BDA0002467637980000154
耦合回路的互感参数M可由公式(4)求得：
Figure BDA0002467637980000155
在一个实施例中，所述方法还进一步包括：
S70，根据耦合回路的等效元件参数和耦合回路的互感参数中的至少一个，调整控制磁耦合谐振式无线电能传输系统，以使磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率稳定。
以耦合回路的等效元件参数(原边电路和副边电路的等效电感、等效电容、等效电阻)作为参考，调整控制磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率或其他参数，以使磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率稳定；或者以耦合回路的互感参数作为参考，调整控制磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率或其他参数，以使磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率稳定；或者以耦合回路的等效元件参数和互感参数同时作为参考，调整控制磁耦合谐振式无线电能传输系统的频率或其他参数，以使磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率稳定。这样，以多重参数作为调整依据，调整控制无线电能传输系统实现功率稳定，使得调控更加精准，使得无线传输系统的稳定性更高。
需要说明的是，本申请实施例是以无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法应用于图1所示的原边串联-副边并联耦合回路为例进行说明，但是，本申请实施例提供的方法通过改变电压、电流的测量点，以及改变叠加的预设频率的低频正弦谐波信号的个数(即改变n的值)等，也可以实现将本方法应用于其他形式的耦合回路中。
应该理解的是，虽然流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测装置，包括：信号叠加模块110、信号输入模块120、信号分离模块130、检测模块140、等效元件参数计算模块150和互感确定模块160，其中：
信号叠加模块110，用于在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，其中，n大于等于所述耦合回路的等效元件的个数，所述等效元件包括所述原边电路和所述副边电路的等效电感、等效电容和等效电阻；
信号输入模块120，用于将所述叠加控制信号输入所述原边电路；
信号分离检测模块130，用于对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流；
等效元件参数计算模块150，用于根据所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，基于霍夫电压定律，计算所述耦合回路的等效元件参数；
互感确定模块160，用于根据所述耦合回路的等效元件参数，确定所述耦合回路的互感参数。
在一个实施例中，等效元件参数计算模块150具体用于获取所述耦合回路的方程式，所述耦合回路的方程式是基于霍夫电压定律建立的方程式，所述耦合回路的方程式用于表征等效元件参数、输出谐波电压和输出谐波电流之间的关系；将所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流分别代入所述耦合回路的方程式，得到n个方程式；根据所述n个方程式求解所述耦合回路的等效元件参数。
在一个实施例中，所述耦合回路的方程式为：
Figure BDA0002467637980000171
其中，x1＝Rp，x2＝Lp，
Figure BDA0002467637980000172
x4＝Ls，x5＝LsCs，Rp表示原边等效电阻，Lp表示原边电感，Cp表示原边串联电容，Ls表示副边电感，Cs表示副边并联补偿电容，ω表示所述叠加控制信号的频率，Ip表示原边电感电流谐波分量的等效值、Io表示所述输出谐波电流，Up表示原边电路输出电压的等效值，Uo表示输出谐波电压。
在一个实施例中，互感确定模块160具体用于通过公式
Figure BDA0002467637980000173
计算所述耦合回路的互感参数，其中，M表示所述耦合回路的互感参数，Is表示副边电感电流谐波分量的等效值。
在一个实施例中，信号叠加模块110具体用于分别向所述原始PWM控制信号上叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到n个不同频率的叠加控制信号。
在一个实施例中，信号分离模块130具体用于通过带通滤波器，分别对所述副边电路的n个输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
在一个实施例中，所述预设频率的低频正弦谐波信号为：
Figure BDA0002467637980000181
Figure BDA0002467637980000182
其中，ω表示低频正弦谐波的频率，k表示低频正弦谐波信号的编号。
在一个实施例中，信号叠加模块110具体用于向所述原始PWM控制信号同时叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到所述叠加控制信号。
在一个实施例中，所述预设频率的低频正弦谐波信号为：
Figure BDA0002467637980000183
Figure BDA0002467637980000184
其中，ω表示低频正弦谐波的频率，k表示低频正弦谐波信号的编号。
在一个实施例中，信号分离模块130具体用于通过n个谐振调节器，对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
在一个实施例中，无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测装置还包括调控模块170，用于根据所述耦合回路的等效元件参数和所述耦合回路的互感参数中的至少一个，调整控制所述磁耦合谐振式无线电能传输系统，以使所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率稳定。
关于无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测装置的具体限定可以参见上文中对于无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法的限定，在此不再赘述。上述无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图11所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，其中，n大于等于所述耦合回路的等效元件的个数，所述等效元件包括所述原边电路和所述副边电路的等效电感、等效电容、等效电阻；
将所述叠加控制信号输入所述原边电路；
对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流；
根据所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，基于霍夫电压定律，计算所述耦合回路的等效元件参数；
根据所述耦合回路的等效元件参数，确定所述耦合回路的互感参数。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取所述耦合回路的方程式，所述耦合回路的方程式是基于霍夫电压定律建立的方程式，所述耦合回路的方程式用于表征等效元件参数、输出谐波电压和输出谐波电流之间的关系；将所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流分别代入所述耦合回路的方程式，得到n个方程式；根据所述n个方程式求解所述耦合回路的等效元件参数。
在一个实施例中，所述耦合回路的方程式为：
Figure BDA0002467637980000201
其中，x1＝Rp，x2＝Lp，
Figure BDA0002467637980000202
x4＝Ls，x5＝LsCs，Rp表示原边等效电阻，Lp表示原边电感，Cp表示原边串联电容，Ls表示副边电感，Cs表示副边并联补偿电容，ω表示所述叠加控制信号的频率，Ip表示原边电感电流谐波分量的等效值、Io表示所述输出谐波电流，Up表示原边电路输出电压的等效值，Uo表示输出谐波电压。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过公式
Figure BDA0002467637980000211
计算所述耦合回路的互感参数，其中，M表示所述耦合回路的互感参数，Is表示副边电感电流谐波分量的等效值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：分别向所述原始PWM控制信号上叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到n个不同频率的叠加控制信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过带通滤波器，分别对所述副边电路的n个输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：向所述原始PWM控制信号同时叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到所述叠加控制信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过n个谐振调节器，对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
在一个实施例中，根据所述耦合回路的等效元件参数和所述耦合回路的互感参数中的至少一个，调整控制所述磁耦合谐振式无线电能传输系统，以使所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率稳定。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，其中，n大于等于所述耦合回路的等效元件的个数，所述等效元件包括所述原边电路和所述副边电路的等效电感、等效电容、等效电阻；
将所述叠加控制信号输入所述原边电路；
对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流；
根据所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，基于霍夫电压定律，计算所述耦合回路的等效元件参数；
根据所述耦合回路的等效元件参数，确定所述耦合回路的互感参数。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取所述耦合回路的方程式，所述耦合回路的方程式是基于霍夫电压定律建立的方程式，所述耦合回路的方程式用于表征等效元件参数、输出谐波电压和输出谐波电流之间的关系；将所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流分别代入所述耦合回路的方程式，得到n个方程式；根据所述n个方程式求解所述耦合回路的等效元件参数。
在一个实施例中，所述耦合回路的方程式为：
Figure BDA0002467637980000221
其中，x1＝Rp，x2＝Lp，
Figure BDA0002467637980000222
x4＝Ls，x5＝LsCs，Rp表示原边等效电阻，Lp表示原边电感，Cp表示原边串联电容，Ls表示副边电感，Cs表示副边并联补偿电容，ω表示所述叠加控制信号的频率，Ip表示原边电感电流谐波分量的等效值、Io表示所述输出谐波电流，Up表示原边电路输出电压的等效值，Uo表示输出谐波电压。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过公式
Figure BDA0002467637980000231
计算所述耦合回路的互感参数，其中，M表示所述耦合回路的互感参数，Is表示副边电感电流谐波分量的等效值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：分别向所述原始PWM控制信号上叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到n个不同频率的叠加控制信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过带通滤波器，分别对所述副边电路的n个输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：向所述原始PWM控制信号同时叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到所述叠加控制信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过n个谐振调节器，对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据所述耦合回路的等效元件参数和所述耦合回路的互感参数中的至少一个，调整控制所述磁耦合谐振式无线电能传输系统，以使所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率稳定。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上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发明专利范围的限制。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 (11)

1.一种无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测方法，其特征在于，用于检测磁耦合谐振式无线电能传输系统的耦合回路的互感参数，所述耦合回路包括原边电路和副边电路，所述方法包括：
在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，其中，n大于等于所述耦合回路的等效元件的个数，所述等效元件包括所述原边电路和所述副边电路的等效电感、等效电容、等效电阻；
将所述叠加控制信号输入所述原边电路；
对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流；
根据所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，以及耦合回路的方程式，将所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流分别代入所述耦合回路的方程式，得到n个方程式，根据所述n个方程式求解所述耦合回路的等效元件参数；所述耦合回路的方程式是基于基尔霍夫电压定律建立的方程式，所述耦合回路的方程式用于表征等效元件参数、输出谐波电压和输出谐波电流之间的关系；所述耦合回路的方程式为：
Figure FDA0003632658220000011
其中，x1＝Rp，x2＝Lp，
Figure FDA0003632658220000012
x4＝Ls，x5＝LsCs，Rp表示原边等效电阻，Lp表示原边电感，Cp表示原边串联电容，Ls表示副边电感，Cs表示副边并联补偿电容，ω表示所述叠加控制信号的频率，Ip表示原边电感电流谐波分量的等效值、Io表示所述输出谐波电流，Up表示原边电路输出电压的等效值，Uo表示输出谐波电压；
通过公式
Figure FDA0003632658220000021
计算所述耦合回路的互感参数，其中，M表示所述耦合回路的互感参数，Is表示副边电感电流谐波分量的等效值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，包括：
分别向所述原始PWM控制信号上叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到n个不同频率的叠加控制信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，包括：
通过带通滤波器，分别对所述副边电路的n个输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设频率的低频正弦谐波信号为：
Figure FDA0003632658220000022
其中，ω表示低频正弦谐波的频率，k表示低频正弦谐波信号的编号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，包括：
向所述原始PWM控制信号同时叠加n个不同频率的低频正弦谐波信号，得到所述叠加控制信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设频率的低频正弦谐波信号为：
Figure FDA0003632658220000031
其中，ω表示低频正弦谐波的频率，k表示低频正弦谐波信号的编号。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，包括：
通过n个谐振调节器，对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述耦合回路的等效元件参数和所述耦合回路的互感参数中的至少一个，调整控制所述磁耦合谐振式无线电能传输系统，以使所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的功率稳定。
9.一种无线电能传输系统的耦合回路互感参数检测装置，其特征在于，用于检测磁耦合谐振式无线电能传输系统的耦合回路的互感参数，所述耦合回路包括原边电路和副边电路，所述装置包括：
信号叠加模块，用于在所述磁耦合谐振式无线电能传输系统的原始PWM控制信号上叠加n个预设频率的低频正弦谐波信号，得到叠加控制信号，其中，n大于等于所述耦合回路的等效元件的个数，所述等效元件包括所述原边电路和所述副边电路的等效电感、等效电容和等效电阻；
信号输入模块，用于将所述叠加控制信号输入所述原边电路；
信号分离检测模块，用于对所述副边电路的输出信号进行分离，并检测所述n个预设频率对应的电压和电流的输出谐波分量，得到所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流；
等效元件参数计算模块，用于根据所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流，以及耦合回路的方程式，将所述n个预设频率对应的输出谐波电压和输出谐波电流分别代入所述耦合回路的方程式，得到n个方程式，根据所述n个方程式求解所述耦合回路的等效元件参数；所述耦合回路的方程式是基于基尔霍夫电压定律建立的方程式，所述耦合回路的方程式用于表征等效元件参数、输出谐波电压和输出谐波电流之间的关系；所述耦合回路的方程式为：
Figure FDA0003632658220000041
其中，x1＝Rp，x2＝Lp，
Figure FDA0003632658220000042
x4＝Ls，x5＝LsCs，Rp表示原边等效电阻，Lp表示原边电感，Cp表示原边串联电容，Ls表示副边电感，Cs表示副边并联补偿电容，ω表示所述叠加控制信号的频率，Ip表示原边电感电流谐波分量的等效值、Io表示所述输出谐波电流，Up表示原边电路输出电压的等效值，Uo表示输出谐波电压；
互感确定模块，用于通过公式
Figure FDA0003632658220000043
计算所述耦合回路的互感参数，其中，M表示所述耦合回路的互感参数，Is表示副边电感电流谐波分量的等效值。
10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
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