CN112203890B - 电动车辆的功率传输系统及其控制方法 - Google Patents

电动车辆的功率传输系统及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112203890B
CN112203890B CN201880093802.8A CN201880093802A CN112203890B CN 112203890 B CN112203890 B CN 112203890B CN 201880093802 A CN201880093802 A CN 201880093802A CN 112203890 B CN112203890 B CN 112203890B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
coil
voltage
frequency
subsystem
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880093802.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112203890A (zh
Inventor
F·汤姆百丽
P·布拉斯琪雅克
M·莱格
O·艾珀多恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB AS Norway
Original Assignee
Abb Electric Transportation Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Abb Electric Transportation Co ltd filed Critical Abb Electric Transportation Co ltd
Publication of CN112203890A publication Critical patent/CN112203890A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112203890B publication Critical patent/CN112203890B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/31—Charging columns specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/62—Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

用于向电动车辆的电池供应电力的功率传输系统包括创新的控制架构，该控制架构能够控制向所述电动车辆的电池传输电力，并且同时能够提供频率控制功能以优化功率传输效率。在另一方面，本发明涉及一种用于控制功率传输系统的创新方法。

Description

电动车辆的功率传输系统及其控制方法
本发明涉及电动车辆的功率传输系统领域。特别地，本发明涉及能够在电力系统与电动车辆上的电池之间以无线方式交换电力的感应功率传输系统。
用于电动车辆的无线感应功率传输系统在现有技术中是众所周知的。
通常，这些系统用于给电动车辆的电池充电。
当用作电池充电系统时，无线感应式功率传输系统采用发射器线圈，该发射器线圈放置在地面上或嵌入在地面中，以通过道路表面和车辆本身之间的空气间隙将电力感应地传送到安装在电动车辆上的接收器线圈。
与传统变压器一样，在发射器线圈的绕组中流动的AC电流会产生磁通量，从而使感应出的AC电流在接收器线圈的绕组中流动。以这种方式，电力可以从发射器线圈感应地传输到接收器线圈。
当用作电池充电系统时，用于电动车辆的无线功率传输系统典型地包括发射器侧部分和接收器侧部分，发射器侧部分通常包括发射器线圈和可连接到主电源以向发射器线圈馈电的供电系统，并且接收器侧部分通常包括在电动车辆上的接收器线圈和功率转换系统，用于向电池馈送由接收器线圈感应接收的电力。
功率传输系统的发射器侧部分和接收器侧部分均包括若干个控制器以控制其操作。布置在不同部分的控制器可以通过专用通信信道相互通信，该专用通信信道典型地是例如Wi-FiTM类型的无线通信信道。
为了确保电动车辆上的电池的合适的充电过程，必须根据充电曲线来适当地控制传输到电池的电力，电池充电曲线通常根据电池的特性和充电状态以及其它附加方面(诸如减少充电周期期间的能量消耗、减少充电过程所需的时间等)而建立。
出于这个原因，用于电动车辆的无线功率传输系统的控制器通常实现被配置为根据所选择的功率传输曲线来控制上述供电系统的操作的控制架构。
考虑到持续的操作条件，当前在现有技术的功率传输系统中使用的控制布置在优化功率交换效率方面常常表现出较差的性能。
因此，当前可用的功率传输系统可能操作效率低下，并且需要不可预测的较长的时间来执行电力系统与电动车辆上的电池之间的期望的功率交换过程。
本发明的主要目的是提供一种用于电动车辆的无线功率传输系统，其能够克服上述缺点。
在该目标内，本发明的另一个目的是提供一种无线功率传输系统，该无线功率传输系统确保根据给定的功率传输曲线，在电力系统和车辆上的电池之间适当地交换电力。
本发明的另一个目的是提供一种无线功率传输系统，该无线功率传输系统即使在功率传输系统的操作状况发生突然的不可预测的变化时，也可以确保在优化功率交换效率方面的良好性能。
本发明的另一个目的是提供一种在工业水平上相对容易且廉价地布置和生产的无线功率传输系统。
通过根据本发明的一个方面的用于电动车辆的功率传输系统，实现了以上目标和目的以及根据随后的描述和附图将更加清楚的其它目的。
在一般定义中，根据本发明的功率传输系统包括：
-适于与所述电力系统交换AC功率的发射器侧功率子系统，所述发射器侧功率子系统包括可与所述电力系统电耦合的第一整流级、与所述第一整流级电耦合的DC总线级和与所述DC总线级电耦合的逆变器级；
-适于与所述发射器侧功率子系统交换AC功率的发射器侧线圈子系统，所述发射器侧线圈子系统包括与所述逆变器级电耦合的发射器线圈；
-接收器侧线圈子系统，其包括可与所述发射器线圈感应耦合的接收器线圈，当所述发射器线圈和所述接收器线圈感应耦合时，所述发射器侧线圈子系统和所述接收器侧线圈子系统形成用于交换AC功率的谐振电路；
-适于与所述接收器侧线圈子系统交换AC功率并且与所述电池交换DC功率的接收器侧功率子系统，所述接收器侧功率子系统包括与所述接收器线圈电耦合的第二整流级。
-控制部件，其包括适于控制所述发射器侧功率子系统和发射器侧线圈子系统的操作的发射器侧控制部件，以及适于控制所述接收器侧线圈子系统和接收器侧功率子系统的操作的接收器侧控制部件，所述发射器侧控制部件和接收器侧控制部件能够通过无线通信信道相互通信。
所述控制部件适于控制与所述电池交换的DC功率，并且适于控制沿着所述发射器线圈循环的第一AC电流的操作频率，以跟踪由所述发射侧线圈子系统和所述接收器侧线圈子系统形成的谐振电路的谐振频率。
优选地，所述控制部件适于提供所述第一AC电流的操作频率的频率变化，并响应于所述频率变化而观察所述功率传输系统的一个或多个电气量的变化，以跟踪所述谐振频率。
优选地，所述控制部件适于：
-控制所述逆变器级的操作以获得具有通过施加所述第一AC电流的操作频率的频率变化而获得的变化的频率的所述第一AC电流；
-响应于获得具有所述变化的频率的所述第一AC电流，计算所述功率传输系统的一个或多个电气量的变化；
-根据计算出的所述一个或多个电气量的变化来确定所述变化的频率是更接近还是更远离所述谐振频率；
-控制所述逆变器级的操作以获得具有根据所述确定结果而设置的操作频率的所述第一AC电流。
优选地，所述DC总线级包括DC/DC转换器，并且具有与所述第一整流级电耦合的第一端口和与所述逆变器级电耦合的第二端口。
优选地，所述控制部件适于：
如果所述第二端口处的第二DC电压的所请求的值低于或等于所述第一端口处的第一DC电压的可能的最小值，那么
-控制所述第一整流级的操作以获得具有所述最小值的第一DC电压；
-控制所述DC/DC转换器的操作以获得具有所述请求的值的第二DC电压。
优选地，所述控制部件适于：
如果所述第二端口处的第二DC电压的所请求的值高于所述第一端口处的第一DC电压的可能的最小值，那么
-控制所述第一整流级的操作以获得具有等于所述第二DC电压的请求的值的值的第一DC电压；
-控制所述DC/DC转换器的操作以获得等于所述第一DC电压的第二DC电压。
在另一方面，本发明涉及根据本发明的一个方面的用于控制功率传输系统的方法。
该功率传输系统包括：
-适于与所述电力系统交换AC功率的发射器侧功率子系统，所述发射器侧功率子系统包括可与所述电力系统电耦合的第一整流级、与所述第一整流级电耦合的DC总线级和与所述DC总线级电耦合的逆变器级；
-适于与所述发射器侧功率子系统交换AC功率的发射器侧线圈子系统，所述发射器侧线圈子系统包括与所述逆变器级电耦合的发射器线圈；
-接收器侧线圈子系统，其包括可与所述发射器线圈感应耦合的接收器线圈，当所述发射器线圈和所述接收器线圈感应耦合时，所述发射器侧线圈子系统和所述接收器侧线圈子系统形成用于交换AC功率的谐振电路；
-适于与所述接收器侧线圈子系统交换AC功率并且与所述电池交换DC功率的接收器侧功率子系统，所述接收器侧功率子系统包括与所述接收器线圈电耦合的第二整流级。
根据本发明的方法包括：控制与所述电池交换的DC功率以及控制沿着所述发射器线圈循环的第一AC电流的操作频率，以跟踪由所述发射侧线圈子系统和所述接收器侧线圈子系统形成的谐振电路的谐振频率。
优选地，该方法包括：提供所述第一AC电流的操作频率的频率变化；以及响应于所述频率变化而观察所述功率传输系统的一个或多个电气量的变化，以跟踪所述谐振频率。
优选地，该方法包括以下步骤：
-控制所述逆变器级的操作以获得具有通过施加所述第一AC电流的操作频率的频率变化而获得的变化的频率的所述第一AC电流；
-响应于获得具有所述变化的频率的所述第一AC电流，计算所述功率传输系统的一个或多个电气量的变化；
-根据计算出的所述一个或多个电气量的变化来确定所述变化的频率是更接近还是更远离所述谐振频率；
-控制所述逆变器级的操作以获得具有根据所述确定结果而设置的操作频率的所述第一AC电流。
优选地，所述DC总线级包括DC/DC转换器，并且具有与所述第一整流级电耦合的第一端口和与所述逆变器级电耦合的第二端口。
优选地，该方法包括以下步骤：
如果所述第二端口处的第二DC电压的所请求的值低于或等于所述第一端口处第一DC电压可能的最小值，那么：
-控制所述第一整流级的操作以获得具有所述最小值的第一DC电压；
-控制所述DC/DC转换器的操作以获得具有所述请求的值的第二DC电压；
如果所述第二端口处的第二DC电压的所请求的值高于所述第一端口处的第一DC电压可能的最小值，那么：
-控制所述第一整流级的操作以获得具有等于所述第二DC电压的请求的值的值的第一DC电压；
-控制所述DC/DC转换器的操作以获得等于所述第一DC电压的第二DC电压。
参考仅出于说明性和非限制性目的而提供的下面给出的描述和附图，本发明的其它特性和优点将更加清楚，其中：
图1示意性地图示了根据本发明的功率传输系统；
图2示意性地图示了在可能的实施例中根据本发明的功率传输系统的一部分；
图3示意性地图示了根据本发明的由功率传输系统执行的频率控制过程。
参考图1，本发明涉及用于电动车辆的功率传输系统1，其能够在电力系统100和电动车辆上的电池200之间以无线方式交换电力。
功率传输系统1特别适于用作能够将从电力系统100(例如，主电源)收集的电力传输到电动车辆上的电池200的电池充电系统，并且为了简单起见，将具体参考本应用进行描述。
但是，功率传输系统1可适合于实现双向功率传输功能，因此可以用于将电力从电池200传输到电力系统100。
参考其作为电池充电系统的应用，功率传输系统1包括发射器侧部分和接收器侧部分，它们分别包括布置在电动车辆的车外和车上的若干个功率子系统和组件。
在发射器侧部分，功率传输系统1包括发射器侧功率子系统2，该发射器侧功率子系统2可与电力系统100电耦合并且适于与电力系统100交换AC功率PAC。
发射器侧功率子系统2包括第一AC/DC整流级21，第一AC/DC整流级21可与电力系统100电耦合并且方便地适于提供第一DC电流I1DC和第一DC电压V1DC。
优选地，第一整流级21包括级联地电耦合的滤波器和开关转换器(未示出)。
优选地，第一整流级21包括可借助于合适的控制信号来控制的功率开关。
优选地，第一整流级21包括第一感测布置210，第一感测布置210适于检测第一DC电流I1DC和第一DC电压V1DC并且提供指示这些电气量的检测信号。
发射器侧功率子系统2还包括DC总线级22，DC总线级22与第一整流级21电耦合并且适于提供第二DC电流I2DC和第二DC电压V2DC。
在本发明的一些实施例中，总线级22可以包括电容性电路(例如，所谓的DC链路电路。在这种情况下，由第一整流级21提供的第二DC电压V2DC与由第一整流级21提供的第一DC电压V1DC基本重合。另外，由DC总线级22提供的第二DC电流I2DC和第二DC电压V2DC的幅度可以通过适当地调整第一整流级21的功率开关的占空比来控制。
根据替代实施例(图2)，总线级22可以包括DC-DC开关转换器220(例如，降压开关转换器)，该DC-DC开关转换器220方便地包括可借助于合适的控制信号来控制的功率开关。
开关转换器220具有与第一整流级21电耦合的第一端口221和与逆变器级23电耦合的第二端口222。
在第一端口221处，开关转换器220接收由第一整流级21提供的第一DC电压V1DC，而在第二端口222处，开关转换器220提供低于或等于第一DC电压V1DC的第二DC电压V2DC。
由DC总线级22提供的第二DC电流I2DC和第二DC电压V2DC的幅度可以通过适当地调整DC-DC开关转换器220的功率开关的占空比和第一整流级21的功率开关的占空比来控制。
优选地，DC总线级22包括第二感测布置220A，第二感测布置220A适于检测第二DC电流I2DC和第二DC电压V2DC并提供指示所述电气量的检测信号。
发射器侧功率子系统2还包括与第一DC总线级22电耦合的DC/AC逆变器级23。
逆变器级23适于接收由DC总线级22提供的第二DC电流I2DC和第二DC电压V2DC，并提供第一AC电流I1AC和第一AC电压V1AC。
优选地，逆变器级23包括DC/AC开关转换器，该DC/AC开关转换器包括可借助于合适的控制信号来控制的功率开关。
由逆变器级23提供的第一AC电流I1AC和第一AC电压V1AC的频率可以通过适当地调整这种电子级的功率开关的开关频率来控制。
优选地，逆变器级23包括第三感测布置230，第三感测布置230适于检测第一AC电流I1AC和第一AC电压V1AC并且提供指示所述电气量的检测信号。
在发射器侧部分，功率传输系统1包括适于与发射器侧功率系统2交换AC功率的发射器侧线圈子系统3。
发射器侧线圈子系统3包括发射器线圈31，该发射器线圈31适于接收由逆变器级23提供的第一AC电流I1AC。
优选地，发射器侧线圈子系统3还包括与发射器线圈31电耦合(例如，如图1所示串联)的第一谐振电容器32。
优选地，发射器侧线圈子系统3包括与发射器线圈31可操作地相关联的辅助电路(未示出)，例如，包括温度传感器等的电子电路。
在接收器侧部分，功率传输系统1包括接收器侧线圈子系统4，该接收器侧线圈子系统4包括可与发射器线圈31感应耦合的接收器线圈41。
当发射器线圈31和接收器线圈41感应耦合时(显然在两者之间有空气间隙)，沿着发射器线圈31流动的第一AC电流I1AC产生磁通量，使得感应出的第二AC电流I2AC沿着接收器线圈41流动(反之亦然)。以这种方式，可以在发射器线圈31和接收器线圈41之间感应地交换电力。
优选地，接收器侧线圈子系统4包括与接收器线圈41电耦合(例如，如图1所示串联)的第二谐振电容器42。
优选地，接收器侧线圈子系统4包括与接收器线圈41可操作地相关联的辅助电路(未示出)，例如，包括温度传感器等的电子电路。
如从上面可清楚看出的，当发射器线圈31和所述接收器线圈41感应耦合时，发射器侧线圈子系统3和接收器侧线圈子系统4适于交换AC功率。
方便地，当发射器线圈31和所述接收器线圈41感应耦合时，接收器侧线圈子系统4和发射器侧线圈子系统3形成用于交换电力的谐振电路340。
特别地，谐振电容器32、42被方便地设计为与发射器线圈和接收器线圈31、41的电感以及在接收器侧线圈子系统4的输出端子处看到的等效阻抗一起形成谐振RLC电路340。
通过以使得沿着发射器线圈31流动的第一AC电流I1AC具有接近于或对应于谐振电路340的谐振频率fR的基本频率的方式来操作逆变器级23，可以在发射器侧线圈子系统3和接收器侧线圈子系统4之间以高效率值交换AC功率，尽管在发射器线圈31和接收器线圈41之间必须有大的空气间隙。
此外，由于沿着发射器线圈31流动的第一AC电流I1AC和第一AC电压V1AC之间的相移几乎为零，因此可以减小或最小化第一AC电流I1AC的幅度。
在接收器侧部分，功率传输系统1包括接收器侧功率子系统5，该接收器侧功率子系统5适于与接收器侧线圈子系统4交换AC功率，以及与电池200交换DC功率PDC。
接收器侧功率子系统5包括第二整流级51，第二整流级51与接收器侧线圈子系统4电耦合并且适于从接收器侧线圈子系统4接收第二AC电流I2AC和第二AC电压V2AC。
优选地，第二整流级51包括与滤波器级联地电耦合的全波二极管桥。
作为替代实施例，第二整流级51可以包括级联地电耦合的开关转换器和滤波器(未示出)，以提供对从接收器侧线圈子系统4接收的电流和电压的适当的整流和滤波。在这种情况下，第二整流级51可以包括可借助于合适的控制信号来控制的功率开关。
第二整流级51可与电池200电耦合，并且适于向电池200提供第三DC电流I3DC和第三DC电压V3DC。
优选地，第二整流级51包括适当的感测布置510，感测布置510适于检测第三DC电流I3DC和第三DC电压V3DC并且提供指示这些电气量的检测信号。
根据本发明，功率传输系统1包括用于控制其操作的控制部件10。
在发射器侧部分，控制部件10包括一个或多个发射器侧控制器(共同用附图标记6指示)，用于控制发射器侧功率子系统2和发射器侧线圈子系统3的操作。
作为示例，发射器侧控制器6可以包括控制整流级21的操作的控制器、控制总线级22的操作的控制器(当包括DC-DC开关转换器时)、控制逆变器级23的操作的控制器，以及可能的控制包括在发射器侧线圈子系统3中的可能的辅助电路的操作的控制器。
在接收器侧部分，控制部件10包括一个或多个接收器侧控制器(共同用附图标记7指示)，用于控制接收器侧功率子系统5和接收器侧线圈子系统4的操作。
作为示例，接收器侧控制器7可以包括控制整流级51的操作的控制器和控制包括在接收器侧线圈子系统4中的辅助电路的操作的控制器。
控制部件10至少包括无线通信信道8，发射器侧控制器和接收器侧控制器6、7能够通过该无线通信信道8相互通信。作为示例，Wi-FiTM通信协议可以适用于通信信道8。
根据本发明，控制部件10能够适当地控制与电池200的电力交换。
根据一些实施例，控制部件10适于通过控制整流级21和DC总线级22中的至少一个的操作，即通过控制由整流级21和DC总线级22中的至少一个提供的电压和电流的幅度来控制与电池200交换的DC功率PDC。
根据其它实施例，控制部件10适于通过控制逆变器级23的操作，即通过控制由所述电子级提供的AC电气量(例如，第一AC电压V1AC)的占空比来控制与电池200交换的DC功率PDC。
优选地，控制部件10实现闭环控制布置，该闭环控制布置适于处理指示要与电池200交换的DC功率PDC的期望值的功率参考信号PREF，以及指示与电池200实际交换的DC功率PDC的测量值的合适的检测信号PD(其由感测布置510方便地提供)。
优选地，所述闭环控制布置适于提供第一控制信号C1以控制整流级21和DC总线级22之间的至少一个的操作或控制逆变器级23的操作。
作为示例，当DC总线级22不包括DC-DC开关转换器时，所述闭环控制布置可以被配置为提供第一控制信号C1以控制整流级21的操作。
作为另一个示例，当DC总线级22包括DC-DC开关转换器220时，所述闭环控制布置可以被配置为提供第一控制信号C1以控制整流级21或DC总线级22或这两个电子级。方便地，第一控制信号C1适于控制包括在整流级21和DC总线级22中的至少一个中的功率开关的占空比。
作为附加示例，所述闭环控制布置可以被配置为提供第一控制信号C1以控制包括在逆变器级23中的功率开关的占空比。
在本发明的实际实现中，上述闭环控制布置主要在发射器侧控制器6的级别上执行。方便地，某些信号(诸如功率参考信号PREF和检测信号PD)可以方便地通过无线通信信道8发送，并由发射器侧控制器6处理以提供控制信号C1。
根据本发明，控制部件10能够提供对沿着发射器线圈31循环的第一AC电流I1AC的频率控制功能。
更特别地，当发射器线圈31和所述接收器线圈41感应耦合时，控制部件10适于控制沿着发射器线圈31循环的第一AC电流I1AC的操作频率，以跟踪由发射侧线圈子系统3和接收器侧线圈子系统4形成的谐振电路340的谐振频率fR。
该技术方案的技术基础在于谐振电路340的谐振频率fR基本上经受可能取决于功率传输系统1的特定操作条件的变化，诸如发射器线圈31和接收器线圈41之间的相互定位、发射器侧线圈子系统3和接收器侧线圈子系统4的一些组件(例如，谐振电容器32、42)的温度变化、在发射器线圈31和接收器线圈41处引起饱和现象等。
对于沿着发射器线圈31流动的第一AC电流I1AC的给定操作频率，谐振电路340的谐振频率fR的这些变化通常确定功率传输系统的总的功率交换效率η的对应变化。为了清楚起见，可以方便地将总的功率交换效率η计算为η＝PDC/PAC，其中PAC是与电力系统100交换的AC功率，并且PDC是与电池200交换的DC功率。
功率交换效率η的这些变化的实质通常取决于沿着发射器线圈31循环的第一AC电流I1AC的实际操作频率与上述谐振电路的实际谐振频率fR之间的差。
由于上述频率控制功能，对于通过实现上述功率控制功能而方便地设置的功率传输系统的任何通用操作点，上述谐振电路的谐振频率fR的可能的(通常是不可预测的)变化可能跟随有沿着发射器线圈31流动的第一AC电流I1AC的操作频率的对应变化。
以这种方式，对于任何通用操作点，可以将第一AC电流I1AC的操作频率维持在谐振频率fR附近或与谐振频率fR基本重合，并且由此将总的功率交换效率η维持在相对高的值，尽管所述功率传输系统的操作条件可能变化。
方便地，控制部件10可以通过提供第二控制信号C2以控制逆变器级23的操作来控制沿着发射器线圈31流动的第一AC电流I1AC的操作频率。
方便地，第二控制信号C2适于控制包括在逆变器级23中的功率开关的开关频率。
根据本发明的优选实施例，控制部件10适于执行频率控制过程60，该频率控制过程60提供对沿着发射器线圈31循环的第一AC电流I1AC的操作频率施加频率变化Δf并且提供响应于施加的频率变化Δf而观察功率传输系统的一个或多个电气量的变化，以便跟踪上述谐振电路340的谐振频率fR。
优选地，上述电气量包括DC总线级22处的第二DC电压V2DC与功率传输系统的总的功率交换效率η之间的至少一个。
频率控制过程60包括步骤61，步骤61控制逆变器级23的操作以获得沿着发射器线圈31循环的、具有变化的频率f2的第一AC电流I1AC。通过将频率变化Δf施加到第一AC电流I1AC的初始操作频率f1(例如，标称频率)来获得变化的频率f2。实际上，施加的变化的频率f2由以下关系式给出：f2＝f1+Δf，其中Δf可以具有正值或负值。
根据本发明的一些实施例，频率变化Δf具有预定义的值(在模块中)。
根据本发明的替代实施例，频率变化Δf可以具有可变的值(在模块中)，该可变的值可根据上述电气量V2DC、η的计算出的变化ΔV2DC、Δη来选择。作为示例，可以从报告作为电气量V2DC、η的函数的频率变化Δf的查找表中选择频率变化Δf。
频率控制过程60包括步骤62，该步骤62响应于获得具有变化的频率f2的第一AC电流I1AC来计算功率传输系统的上述电气量V2DC、η的变化值ΔV2DC、Δη。
方便地，当上述电气量V2DC、η响应于第一AC电流I1AC的施加的频率扰动而达到稳态时，计算变化值ΔV2DC、Δη。
方便地，上述电气量V2DC、η的变化值ΔV2DC、Δη可以由控制部件10基于由合适的感测布置(例如感测布置210、220A、510)提供的检测信号D1来计算。
频率控制过程60包括步骤63，步骤63确定第一AC电流I1AC的变化的频率f2是更接近还是更远离谐振电路340的实际谐振频率fR。
这样的确定步骤基于上述电气量V2DC、η的计算出的变化值ΔV2DC、Δη而方便地执行。
根据可能的确定标准，DC总线级22处的第二DC电压V2DC的正变化值ΔV2DC指示变化的频率f2更远离实际谐振频率fR，而负变化值ΔV2DC指示变化的频率f2更接近实际谐振频率fR。
根据另一个确定标准，总的功率交换效率η的正变化值Δη指示变化的频率f2更接近实际谐振频率fR，而负变化值Δη指示变化的频率f2更远离实际谐振频率fR。
可以根据需要采用基于组合的计算出的变化值ΔV2DC、Δη的其它确定标准。
频率控制过程60包括步骤64，该步骤64控制逆变器级23的操作以获得沿着发射器线圈31循环的第一AC电流I1AC，该第一AC电流I1AC具有根据在上一步骤63处执行的确定处理的结果而设置的操作频率。
如果确定第一AC电流I1AC的变化的频率f2更接近谐振电路340的实际谐振频率fR，那么变化的频率f2被设置为第一AC电流I1AC的新的操作频率，并且控制部件10以继续获得具有这种新的操作频率f2的第一AC电流I1AC的方式控制逆变器级23的操作。
附加地，在这种情况下，将通过施加新的频率变化ΔfNEW以扰动新的操作频率f2来重复控制过程60，该新的频率变化ΔfNEW具有与被用以扰动操作频率f1的先前频率变化Δf相同的符号。实际上，采用以下条件：sgn(ΔfNEW)＝sgn(Δf)。
如果确定第一AC电流I1AC的变化的频率f2更远离谐振电路340的实际谐振频率fR，那么忽略变化的频率f2，并且控制部件10以继续获得具有初始操作频率f1的第一AC电流I1AC的方式控制逆变器级23的操作。
此外，在这种情况下，通过施加新的频率变化ΔfNEW以扰动恢复的操作频率f1来重复控制过程60，该新的频率变化ΔfNEW相对于被用以扰动操作频率f1的先前频率变化Δf具有相反的符号。实际上，采用以下条件：sgn(ΔfNEW)≠sgn(Δf)。
从上面可清楚看出，频率控制过程60是如何允许以跟随谐振电路340的谐振频率fR的任何可能的变化的方式来设置第一AC电流I1AC的操作频率的。
如上所述，这允许对于功率传输系统的任何通用操作点优化总的功率交换效率η，即使功率传输系统的操作条件存在变化。
优选地，在功率传输系统的操作寿命期间，例如，以10s的重复周期循环地重复上述频率控制过程60。以这种方式，可以在功率传输系统的操作寿命期间不断地跟踪谐振电路340的谐振状况。
在本发明的实际实现中，频率控制过程60方便地在发射器侧控制器6的级别上执行。为此，发射器侧控制器6可以从感测布置210、220A和230以及从感测布置510接收合适的检测信号D2、D3。如上所述，来自感测布置510的检测信号D3可以通过接收器侧控制器7和通信信道8适当地发送到发射器侧控制器6。
在总线级22包括DC-DC开关转换器220的实施例(图2)中，控制部件10可以被适当地配置为在DC/DC转换器220的第一端口和第二端口221、222处提供操作DC电压V1DC、V2DC的电压控制功能，以减少DC总线级22处的功率损耗。
根据所述电压控制功能，通过借助于由第一整流级21或DC/DC开关转换器220交替执行的电压调节来获得要在第二端口222处提供的所请求的第二DC电压V2DC。
用于提供这种电压调节的电子级21或220是根据第二DC电压V2DC(其必须在DC/DC转换器220的第二端口222处提供)的请求的值V2DC_REQ相对于可以在DC/DC转换器220的第一端口221处通过第一整流级21获得的第一DC电压V1DC的最小值VMIN来选择的。
可以根据电子级21的设计和/或根据由控制部件10执行的功率控制功能来设置最小值VMIN。
第二DC电压V2DC的请求的值V2DC_REQ主要取决于功率传输系统(通过实现上述功率控制功能来方便地控制该功率传输系统)的操作设置点。
如果要在DC/DC转换器220的第二端口222处提供的第二DC电压V2DC的请求的值低于或等于所述可能的最小值VMIN(实际上，如果V2DC_REQ<＝VMIN)，那么第二DC电压V2DC的调节可以由DC/DC转换器220来执行。
在这种情况下，控制部件10控制第一整流级21的操作以获得设置为最小值VMIN的第一DC电压V1DC，并且控制DC/DC转换器220的操作以获得具有请求的值V2DC_REQ的第二DC电压V2DC。
以这种方式，由于功率开关经受较低的直流电压(即，取决于所述功率开关的类型为较低的漏极-源极电压或集电极-发射极电压)，因此DC/DC转换器220处的功率损耗减小。
如果第二DC电压V2DC的请求的值高于最小值VMIN(实际上，如果V2DC_REQ>VMIN)，那么第二DC电压V2DC的调节必须由第一整流级21来执行。
在这种情况下，控制部件10控制第一整流级21的操作以获得具有等于所述第二DC电压V2DC的请求的值V2DC_REQ的值的第一DC电压V1DC，并且控制DC/DC转换器220的操作，以获得等于所述第一DC电压V1DC的第二DC电压V2DC。
同样，随着功率开关的总换向减少(即，功率开关的占空比等于1)，DC/DC转换器220处的功率损耗也减小。
上述技术方案是非常有利的，因为其显著促进了以给定的总功率传输效率η获得与电池200交换的给定的DC功率PDC。
在本发明的实际实现中，上述电压控制功能方便地在发射器侧控制器6的级别上执行。为此，发射器侧控制器6可以从感测布置210、220A接收合适的检测信号D4。
控制部件10可以通过提供第三控制信号C3来控制整流级21和DC/DC转换器级220之间的至少一个的操作来提供上述电压控制功能。
方便地，第三控制信号C3适于控制包括在整流级21和DC/DC转换器级220中的至少一个中的功率开关的占空比。
在本发明的实际实现中，发射器侧功率子系统2可以被布置在电动车辆充电设施的壁箱设备中，例如，用于住宅目的。这样的壁箱设备可以方便地包括与发射器侧功率子系统2的电子级可操作地相关联的一个或多个发射器侧控制器6。
发射器侧线圈子系统3可以布置或嵌入在电动车辆充电设施的地垫设备中，例如，用于住宅目的。这样的地垫设备可以方便地包括与发射器侧线圈子系统3可操作地相关联的可能的一个或多个发射器侧控制器6。
接收器侧线圈子系统4、接收器侧功率子系统5和接收器侧控制器7(与电池200一起)布置在电动车辆上。
在另一方面，本发明涉及一种用于控制如上所述的功率传输系统的操作的控制方法。
根据本发明的方法包括：当发射器线圈31和所述接收器线圈41感应耦合时，通过控制第一整流级21和DC总线级22之间的至少一个的操作以及控制沿着发射器线圈31循环的第一AC电流I1AC的操作频率以跟踪由发射侧线圈子系统3和所述接收器侧线圈子系统4形成的谐振电路340的谐振频率fR来控制与电池200交换的DC功率PDC。
优选地，根据本发明的方法包括：提供沿着发射器线圈31循环的第一AC电流I1AC的操作频率f1的频率变化Δf，并且响应于所述频率变化Δf而观察功率传输系统的一个或多个电气量V2DC、η的变化ΔV2DC、Δη，以跟踪上述谐振频率fR。
优选地，根据本发明的方法包括以下步骤：
-控制逆变器级23的操作，以获得沿着发射器线圈31循环的第一AC电流I1AC，所述第一AC电流I1AC具有通过施加所述第一AC电流的操作频率f1的频率变化Δf而获得的变化的频率f2；
-响应于获得具有所述变化的频率f2的所述第一AC电流I1AC，计算功率传输系统的一个或多个电气量V2DC、η的变化ΔV2DC、Δη；
-根据所述一个或多个电气量(V2DC、η)的计算出的变化ΔV2DC、Δη，确定所述变化的频率f2是更接近还是更远离所述谐振频率fR；
-控制逆变器级23的操作以获得具有根据所述确定结果而设置的操作频率的所述第一AC电流I1AC。
优选地，如果确定第一AC电流I1AC的变化的频率f2更接近谐振电路340的实际谐振频率fR，那么将变化的频率f2设置为第一AC电流I1AC的新的操作频率并且以继续获得具有这样的新的操作频率f2的第一AC电流I1AC的方式来控制逆变器级23的操作。
此外，在这种情况下，通过施加新的频率变化ΔfNEW来扰动新的操作频率f2来重复控制过程60，该新的频率变化ΔfNEW具有与被用以扰动操作频率f1的先前频率变化Δf相同的符号。
优选地，如果确定第一AC电流I1AC的变化的频率f2更远离谐振电路340的实际谐振频率fR，那么忽略变化的频率f2，并且以继续获得具有初始操作频率f1的第一AC电流I1AC的方式来控制逆变器级23的操作。
此外，在这种情况下，通过施加新的频率变化ΔfNEW来扰动恢复的操作频率f1来重复控制过程60，该新的频率变化ΔfNEW相对于被用以扰动操作频率f1的先前频率变化Δf具有相反的符号。
优选地，根据本发明的方法的前述控制步骤在功率传输系统的操作寿命期间循环地重复。
在总线级22包括DC-DC开关转换器220的实施例(图2)中，根据本发明的方法优选地包括以下步骤：
如果在DC/DC转换器220的第二端口222处的第二DC电压V2DC的所请求的值低于或等于在DC/DC转换器220的第一端口221处的第一DC电压V1DC的可能的最小值VMIN，那么：
-控制第一整流级21的操作以获得设置在所述最小值VMIN处的所述第一DC电压V1DC；
-控制DC/DC转换器220的操作以获得具有所述请求的值的所述第二DC电压V2DC；
如果在第二端口222处的第二DC电压V2DC的所请求的值高于在第一端口221处的第一DC电压V1DC的可能的最小值VMIN，那么：
-控制第一整流级21的操作以获得具有等于所述第二DC电压V2DC的请求的值的值的第一DC电压V1DC；
-控制DC/DC转换器220的操作以获得等于所述第一DC电压V1DC的第二DC电压V2DC。
根据本发明的功率传输系统允许实现预期的目标和目的。
根据本发明的功率传输系统包括控制架构，该控制架构确保根据给定的功率传输曲线将适当的电力传输到车辆上的电池，并且同时能够提供旨在优化所述功率传输系统的整体功率交换效率的频率控制功能。
根据本发明的功率传输系统即使在发生不可预测的操作条件变化时也能确保可靠性方面的良好性能。
相对于现有技术中的类似系统，根据本发明的功率传输系统可以容易地在工业水平上以具有竞争力的成本进行布置和生产。

Claims (7)

1.一种用于在电力系统(100)和电动车辆的电池(200)之间交换电力的功率传输系统(1)，其特征在于，所述功率传输系统(1)包括：
-发射器侧功率子系统(2)，其适于与所述电力系统(100)交换AC电功率(PAC)，所述发射器侧功率子系统包括能够与所述电力系统电耦合的第一整流级(21)、与所述第一整流级电耦合的DC总线级(22)和与所述DC总线级电耦合的逆变器级(23)；
-发射器侧线圈子系统(3)，其适于与所述发射器侧功率子系统交换AC电功率，所述发射器侧线圈子系统包括与所述逆变器级(23)电耦合的发射器线圈(31)；
-接收器侧线圈子系统(4)，其包括能够与所述发射器线圈(31)感应耦合的接收器线圈(41)，当所述发射器线圈(31)和所述接收器线圈(41)感应耦合时，用于交换AC电功率的谐振电路(340)包括所述发射器线圈(31)的电感、所述接收器线圈(41)的电感以及谐振电容器，其中所述谐振电路(340)的谐振频率(fR)由所述发射器线圈(31)的电感、所述接收器线圈(41)的电感以及谐振电容器限定；
-接收器侧功率子系统(5)，其适于与所述接收器侧线圈子系统交换AC电功率，并且与所述电池(200)交换DC电功率(PDC)，所述接收器侧功率子系统包括与所述接收器线圈(41)电耦合的第二整流级(51)；
-控制部件(10)，其包括适于控制所述发射器侧功率子系统(2)和发射器侧线圈子系统(3)的操作的发射器侧控制部件(6)，以及适于控制所述接收器侧线圈子系统(4)和接收器侧功率子系统(5)的操作的接收器侧控制部件(7)，所述发射器侧和接收器侧控制部件(6，7)能够通过无线通信信道(8)相互通信；
其中所述控制部件(10)适于：
-控制与所述电池(200)交换的DC电功率(PDC)，并且适于控制沿着所述发射器线圈(31)循环的第一AC电流(I1AC)的操作频率(f1)，以跟踪由所述发射器侧线圈子系统(3)和所述接收器侧线圈子系统(4)形成的谐振电路(340)的所述谐振频率(fR)，
-提供所述第一AC电流(I1AC)的操作频率(f1)的频率变化(Δf)，并且观察所述功率传输系统的响应于所述频率变化(Δf)的多个电气量(V2DC，η)的变化(ΔV2DC，Δη)，以跟踪所述谐振频率(fR)，从而控制所述第一AC电流(I1AC)的操作频率(f1)，以补偿所述谐振频率(fR)的由于所述发射器线圈(31)的电感、所述接收器线圈(41)的电感和/或谐振电容器的变化而导致的变化，并且
-控制所述逆变器级(23)的操作以获得具有通过施加所述第一AC电流的操作频率(f1)的频率变化(Δf)而获得的变化的频率(f2)的所述第一AC电流(I1AC)；
-响应于获得具有所述变化的频率(f2)的所述第一AC电流(I1AC)，计算所述功率传输系统的多个电气量(V2DC，η)的变化(ΔV2DC，Δη)；
-根据计算出的所述多个电气量(V2DC，η)的变化(ΔV2DC，Δη)，确定所述变化的频率(f2)是更接近还是更远离所述谐振频率(fR)；
-控制所述逆变器级(23)的操作以获得具有根据所述确定结果而设置的操作频率的所述第一AC电流(I1AC)，
其中，所述多个电气量包括所述DC总线级(22)处的DC电压(V2DC)以及所述功率传输系统的功率交换效率(η)。
2.根据权利要求1所述的功率传输系统，其特征在于，所述频率变化(Δf)具有预定义的值。
3.根据权利要求1所述的功率传输系统，其特征在于，所述频率变化(Δf)具有能够根据计算出的所述多个电气量(V2DC，η)的变化(ΔV2DC，Δη)而选择的可变的值。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的功率传输系统，其特征在于，所述DC总线级(22)包括DC/DC转换器(220)，并且具有与所述第一整流级(21)电耦合的第一端口(221)和与所述逆变器级(23)电耦合的第二端口(222)，所述控制部件(10)适于：
如果所述第二端口(222)处的第二DC电压(V2DC)的请求的值低于或等于所述第一端口(221)处的第一DC电压(V1DC)的可能的最小值(VMIN)，那么：
-控制所述第一整流级(21)的操作以获得具有所述最小值(VMIN)的第一DC电压(V1DC)；
-控制所述DC/DC转换器(220)的操作以获得具有所述请求的值的第二DC电压(V2DC)；
如果所述第二端口(222)处的第二DC电压(V2DC)的请求的值高于所述第一端口(221)处的第一DC电压(V1DC)的可能的最小值(VMIN)，那么：
-控制所述第一整流级(21)的操作以获得具有等于所述第二DC电压(V2DC)的请求的值的值的第一DC电压(V1DC)；
-控制所述DC/DC转换器(220)的操作以获得等于所述第一DC电压(V1DC)的第二DC电压(V2DC)。
5.根据权利要求1至3中的一项所述的功率传输系统，其特征在于：
-所述发射器侧功率子系统(2)和所述发射器侧控制部件(6)布置在电动车辆充电设施的壁箱设备中；
-所述发射器侧线圈子系统(3)布置或嵌入在电动车辆充电设施的地垫设备中；
-所述接收器侧线圈子系统(4)、所述接收器侧功率子系统(5)、所述接收器侧控制部件(7)和所述电池(200)布置在所述电动车辆上。
6.一种用于控制在电力系统(100)和电动车辆的电池(200)之间交换电力的功率传输系统(1)的方法，所述功率传输系统包括：
-适于与所述电力系统(100)交换AC电功率(PAC)的发射器侧功率子系统(2)，所述发射器侧功率子系统包括能够与所述电力系统电耦合的第一整流级(21)、与所述第一整流级电耦合的DC总线级(22)和与所述DC总线级电耦合的逆变器级(23)；
-适于与所述发射器侧功率子系统交换AC电功率的发射器侧线圈子系统(3)，所述发射器侧线圈子系统包括与所述逆变器级(23)电耦合的发射器线圈(31)；
-接收器侧线圈子系统(4)，其包括能够与所述发射器线圈(31)感应耦合的接收器线圈(41)，当所述发射器线圈(31)和所述接收器线圈(41)感应耦合时，用于交换AC电功率的谐振电路(340)包括所述发射器线圈(31)的电感、所述接收器线圈(41)的电感以及谐振电容器，其中所述谐振电路(340)的谐振频率(fR)由所述发射器线圈(31)的电感、所述接收器线圈(41)的电感以及谐振电容器限定；
-适于与所述接收器侧线圈子系统交换AC电功率并且与所述电池(200)交换DC电功率(PDC)的接收器侧功率子系统(5)，所述接收器侧功率子系统包括与所述接收器线圈(41)电耦合的第二整流级(51)；
所述方法的特征在于，其包括：
-控制与所述电池(200)交换的DC电功率(PDC)以及控制沿着所述发射器线圈(31)循环的第一AC电流(I1AC)的操作频率(f1)以跟踪由所述发射器侧线圈子系统(3)和所述接收器侧线圈子系统(4)形成的谐振电路(340)的所述谐振频率(fR)；
-提供所述第一AC电流(I1AC)的操作频率(f1)的频率变化(Δf)，以及观察所述功率传输系统的响应于所述频率变化(Δf)的多个电气量(V2DC，η)的变化(ΔV2DC，Δη)以跟踪所述谐振频率(fR)，从而控制所述第一AC电流(I1AC)的操作频率(f1)，以补偿所述谐振频率(fR)的由于所述发射器线圈(31)的电感、所述接收器线圈(41)的电感和/或谐振电容器的变化而导致的变化；
-控制所述逆变器级(23)的操作以获得具有通过施加所述第一AC电流的操作频率(f1)的频率变化(Δf)而获得的变化的频率(f2)的所述第一AC电流(I1AC)；
-响应于获得具有所述变化的频率(f2)的所述第一AC电流(I1AC)，计算所述功率传输系统的多个电气量(V2DC，η)的变化(ΔV2DC，Δη)；
-根据计算出的所述多个电气量(V2DC，η)的变化(ΔV2DC，Δη)，确定所述变化的频率(f2)是更接近还是更远离所述谐振频率(fR)；
-控制所述逆变器级(23)的操作以获得具有根据所述确定的结果而设置的操作频率的所述第一AC电流(I1AC)，
其中，所述多个电气量包括所述DC总线级(22)处的DC电压(V2DC)以及所述功率传输系统的功率交换效率(η)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述DC总线级(22)包括DC/DC转换器(220)，并且具有与所述第一整流级(21)电耦合的第一端口(221)和与所述逆变器级(23)电耦合的第二端口(222)，所述方法包括：
如果所述第二端口(222)处的第二DC电压(V2DC)的请求的值低于或等于所述第一端口(221)处的第一DC电压(V1DC)的可能的最小值(VMIN)，那么：
-控制所述第一整流级(21)的操作以获得具有所述最小值(VMIN)的第一DC电压(V1DC)；
-控制所述DC/DC转换器(220)的操作以获得具有所述请求的值的第二DC电压(V2DC)；
如果所述第二端口(222)处的第二DC电压(V2DC)的请求的值高于所述第一端口(221)处的第一DC电压(V1DC)的可能的最小值(VMIN)，那么：
-控制所述第一整流级(21)的操作以获得具有等于所述第二DC电压(V2DC)的请求的值的值的第一DC电压(V1DC)；
-控制所述DC/DC转换器(220)的操作以获得等于所述第一DC电压(V1DC)的第二DC电压(V2DC)。
CN201880093802.8A 2018-04-23 2018-04-23 电动车辆的功率传输系统及其控制方法 Active CN112203890B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2018/060318 WO2019206393A1 (en) 2018-04-23 2018-04-23 A power transfer system for electric vehicles and a control method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112203890A CN112203890A (zh) 2021-01-08
CN112203890B true CN112203890B (zh) 2024-03-22

Family

ID=62063516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880093802.8A Active CN112203890B (zh) 2018-04-23 2018-04-23 电动车辆的功率传输系统及其控制方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11975620B2 (zh)
EP (1) EP3784517B1 (zh)
CN (1) CN112203890B (zh)
PL (1) PL3784517T3 (zh)
WO (1) WO2019206393A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3796516A1 (en) * 2019-09-23 2021-03-24 EnerSys Delaware Inc. Controlling a wireless power transfer system
CN113193665A (zh) * 2020-01-13 2021-07-30 北京新能源汽车股份有限公司 一种无线充电系统及控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2530812A1 (en) * 2010-01-26 2012-12-05 Equos Research Co., Ltd. Non-contact power transmission system
US9184633B2 (en) * 2011-02-03 2015-11-10 Denso Corporation Non-contact power supply control device, non-contact power supply system, and non-contact power charge system
CN106394270A (zh) * 2015-07-27 2017-02-15 福特全球技术公司 感应式电力传输的电压控制方法
CN107750412A (zh) * 2015-06-19 2018-03-02 高通股份有限公司 对于有源调谐电动车辆充电系统使用无功功率注入的设备、系统和方法

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100488524B1 (ko) 2003-04-09 2005-05-11 삼성전자주식회사 로봇충전장치
US8004235B2 (en) * 2006-09-29 2011-08-23 Access Business Group International Llc System and method for inductively charging a battery
CA2711489A1 (en) * 2008-01-07 2009-07-16 David W. Baarman Inductive power supply with duty cycle control
WO2011106506A2 (en) 2010-02-25 2011-09-01 Evatran Llc Method and apparatus for inductively transferring ac power between a charging unit and a vehicle
EP2555379B1 (en) 2010-03-31 2015-03-04 Honda Motor Co., Ltd. Contactless charging system
DE112010005612B4 (de) * 2010-05-31 2017-01-26 Mitsubishi Electric Corporation Stromrichtervorrichtung
NZ586526A (en) 2010-06-30 2012-12-21 Auckland Uniservices Ltd Inductive power transfer system with ac-ac converter and two-way power transmission ability
DE102011007839A1 (de) 2011-04-21 2012-10-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeugladevorrichtung
US8519667B2 (en) 2011-05-11 2013-08-27 Fu Da Tong Technology Co., Ltd. Mobile wireless charger system
NZ593764A (en) * 2011-06-27 2013-12-20 Auckland Uniservices Ltd Load control for bi-directional inductive power transfer systems
US20130033228A1 (en) * 2011-08-05 2013-02-07 Evatran Llc Method and apparatus for inductively transferring ac power between a charging unit and a vehicle
JP2013059236A (ja) 2011-09-09 2013-03-28 Sony Corp 検知装置、受電装置、送電装置、非接触電力伝送システム及び検知方法
KR101930805B1 (ko) 2012-07-10 2018-12-20 삼성전자주식회사 무선 전력 수신 장치 및 방법
KR101956570B1 (ko) 2012-09-05 2019-03-11 엘지전자 주식회사 유도 방식과 공진 방식을 지원하는 무선 전력 수신장치 및 무선 전력 수신방법
KR101615669B1 (ko) * 2012-10-11 2016-05-11 파워매트 테크놀로지스 엘티디. 디지털 메시지들을 동시에 송신하기 위한 유도 전력 송신 시스템 및 방법
US9768643B2 (en) 2012-11-02 2017-09-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Wireless power transmission system capable of continuing power transmission while suppressing heatup of foreign objects
US9627929B2 (en) * 2012-11-02 2017-04-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Wireless power transfer system for wirelessly transferring electric power in noncontact manner by utilizing resonant magnetic field coupling
CN104956566B (zh) 2013-01-29 2018-11-13 富士通株式会社 无线电力传输系统、受电器以及无线电力传输方法
US9381821B2 (en) 2013-05-15 2016-07-05 Qualcomm Incorporated Systems, methods, and apparatus related to electric vehicle wired and wireless charging
WO2015015771A1 (ja) * 2013-07-31 2015-02-05 パナソニック株式会社 無線電力伝送システムおよび送電装置
JP6242311B2 (ja) * 2013-10-29 2017-12-06 パナソニック株式会社 無線送電装置及び無線電力伝送システム
WO2015087328A1 (en) * 2013-12-11 2015-06-18 Powermat Technologies Ltd. Wireless power transmission system and method controlled via digital messages
US20150214748A1 (en) 2014-01-24 2015-07-30 Mediatek Inc. Wireless power supply scheme capable of dynamically adjusting output power of wireless power transmitter according to voltage/current/power information of portable electronic device to be charged
KR102363633B1 (ko) 2014-02-20 2022-02-17 삼성전자주식회사 무선 전력 송신기 및 무선 전력 송신기의 제어 방법
JP6153491B2 (ja) * 2014-03-28 2017-06-28 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 電力供給装置
EP2928038A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-07 ABB Technology AG Inductive power transfer system and method for operating an inductive power transfer system
US9608465B2 (en) 2014-04-18 2017-03-28 Qualcomm Incorporated Devices, systems, and method for power control of dynamic electric vehicle charging systems
KR20160051497A (ko) 2014-11-03 2016-05-11 주식회사 한림포스텍 무선 전력 전송 네트워크의 전력 전송 커버리지 제어 장치 및 방법
NO341430B1 (en) * 2015-01-19 2017-11-13 Waertsilae Norway As An apparatus and a method for wireless transmission of power between DC voltage sources
KR20170020143A (ko) * 2015-08-13 2017-02-22 엘지이노텍 주식회사 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법.
WO2017047454A1 (ja) * 2015-09-17 2017-03-23 株式会社Ihi 送電装置及び非接触給電システム
JP6299779B2 (ja) * 2016-02-02 2018-03-28 トヨタ自動車株式会社 送電装置及び電力伝送システム
US10245960B2 (en) * 2016-03-17 2019-04-02 Denso International America, Inc. Electric power converter device
JP6798428B2 (ja) * 2017-06-08 2020-12-09 トヨタ自動車株式会社 送電装置および受電装置
CN107618388B (zh) 2017-09-26 2023-10-31 伽行科技（北京）有限公司 一种电动汽车无线充电系统
EP3776790A1 (en) 2018-04-06 2021-02-17 ABB Schweiz AG A power transfer system for electric vehicles and a control method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2530812A1 (en) * 2010-01-26 2012-12-05 Equos Research Co., Ltd. Non-contact power transmission system
US9184633B2 (en) * 2011-02-03 2015-11-10 Denso Corporation Non-contact power supply control device, non-contact power supply system, and non-contact power charge system
CN107750412A (zh) * 2015-06-19 2018-03-02 高通股份有限公司 对于有源调谐电动车辆充电系统使用无功功率注入的设备、系统和方法
CN106394270A (zh) * 2015-07-27 2017-02-15 福特全球技术公司 感应式电力传输的电压控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
PL3784517T3 (pl) 2023-06-26
US20210178915A1 (en) 2021-06-17
CN112203890A (zh) 2021-01-08
WO2019206393A1 (en) 2019-10-31
EP3784517A1 (en) 2021-03-03
US11975620B2 (en) 2024-05-07
EP3784517B1 (en) 2023-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10170935B2 (en) Inductive power supply with duty cycle control
JP6077563B2 (ja) ワイヤレス電力システム及び方法
US7602142B2 (en) System for inductive power transfer
KR101775234B1 (ko) 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법.
KR101764974B1 (ko) 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법.
CN112203890B (zh) 电动车辆的功率传输系统及其控制方法
CN105052008A (zh) 供电装置以及非接触供电系统
US11919406B2 (en) Power transfer system for electric vehicles and a control method thereof
KR102155896B1 (ko) 배터리 충전 장치 및 그 제어 방법
KR20170102454A (ko) 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법.
US11945317B2 (en) Inductive power transfer system for derating a battery charging profile of electric vehicle batteries and control method thereof
KR20170143166A (ko) 좌우 편차에 따른 무선 충전 제어 방법
CN112135747B (zh) 电动车辆的功率传输系统
TWI513136B (zh) Wireless charging system and its control method
KR20170091556A (ko) 무전전력전송 시스템 및 이의 구동 방법.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Delft

Applicant after: ABB Electric Transportation Co.,Ltd.

Address before: Rotterdam

Applicant before: ABB A/S

CB02 Change of applicant information
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20221107

Address after: Rotterdam

Applicant after: ABB A/S

Address before: Swiss Baden

Applicant before: ABB Switzerland Co.,Ltd.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant