DE102016113122A1

DE102016113122A1 - Spannungssteuerverfahren für induktive Leistungsübertragung

Info

Publication number: DE102016113122A1
Application number: DE102016113122.9A
Authority: DE
Inventors: Mohamed ELSHAER; Hadi Malek; Richard William Kautz; Nevin Altunyurt; Chris W. Bell
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2017-02-02
Also published as: US10112495B2; CN106394270B; CN106394270A; US20170028853A1

Abstract

Ein drahtloses Fahrzeugaufladesystem umfasst mindestens eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, einen Wechselrichter zu betreiben, um eine Spannungseingabe in einen Leistungsumsetzer in einem Fahrzeug zu steuern, um einen Impedanzphasenwinkel an einem Ausgang des Wechselrichters in Richtung eines vorbestimmten Winkels zu treiben und eine Leistungsanforderung an einem Ausgang des Fahrzeugleistungsumsetzers zu erreichen. Die mindestens eine Steuereinheit ist ferner dazu konfiguriert, den Fahrzeugleistungsumsetzer zu betreiben, um die Leistungsanforderung zu erreichen. Die mindestens eine Steuereinheit kann eine Frequenzausgabe des Wechselrichters steuern, um die Spannungseingabe in den Leistungsumsetzer auf der Basis einer Änderungsrate einer Zielfunktion einzustellen, die dazu konfiguriert ist, einen Ausgangsleistungsfehler des Leistungsumsetzers und einen Impedanzphasenwinkelfehler am Ausgang des Wechselrichters zu verringern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf das Steuern eines drahtlosen Fahrzeugaufladesystems.
HINTERGRUND
Einsteck-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV) und Batterie-Elektrofahrzeuge (BEV) umfassen eine Traktionsbatterie zum Betreiben des Fahrzeugs. Das Fahrzeug kann mit einer externen Leistungsquelle gekoppelt werden, um die Traktionsbatterie aufzuladen. Das Fahrzeug kann die drahtlose Aufladung der Traktionsbatterie unterstützen. Die drahtlose Aufladung wird unter Verwendung von Spulen im Aufladesystem und im Fahrzeug durchgeführt. Leistung wird induktiv vom Aufladesystem zum Fahrzeug durch die Spulen übertragen. Die Ausrichtung der Aufladespulen kann durch eine Vielfalt von Verfahren durchgeführt werden. Einige Systeme können sich auf den Fahrer verlassen, um die Aufladespulen auszurichten. Das Aufladesystem kann beispielsweise eine Spule im Boden einer Ladestation umfassen. Das Fahrzeug kann eine Spule an einer Unterseite des Fahrzeugs umfassen, die in der Nähe zur Bodenspule liegen kann, wenn das Fahrzeug in der Ladestation angeordnet ist. Die Wirksamkeit der Aufladung kann von der relativen Ausrichtung der Spulen abhängen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein drahtloses Fahrzeugaufladesystem umfasst einen Wechselrichter. Das System umfasst ferner mindestens eine Steuereinheit, die dazu programmiert ist, den Wechselrichter zu betreiben, um eine Spannungseingabe in einen Fahrzeugleistungsumsetzer zu steuern, um einen Impedanzphasenwinkel an einem Ausgang des Wechselrichters in Richtung eines vorbestimmten Winkels zu treiben und eine Leistungsanforderung an einem Ausgang des Fahrzeugleistungsumsetzers zu erreichen, und den Fahrzeugleistungsumsetzer zu betreiben, um die Leistungsanforderung zu erreichen.
Der vorbestimmte Winkel kann dazu konfiguriert sein, ein Nullspannungsumschalten des Wechselrichters zu erreichen. Der Impedanzphasenwinkel kann eine Phasenwinkeldifferenz zwischen einer Spannung am Ausgang des Wechselrichters und einem Strom am Ausgang des Wechselrichters sein.
Die mindestens eine Steuereinheit kann ferner dazu programmiert sein, den Wechselrichter durch Einstellen einer Frequenz einer Spannung am Ausgang des Wechselrichters auf der Basis einer Spannungsreferenz zu betreiben. Die Spannungsreferenz kann auf der Leistungsanforderung, einer Leistungsausgabe des Fahrzeugleistungsumsetzers, dem Impedanzphasenwinkel und dem vorbestimmten Winkel basieren. Die Spannungsreferenz kann auf (i) einer Änderungsrate einer gewichteten Summe eines ersten Terms unter Verwendung eines Ausgangsleistungsfehlers und eines zweiten Terms unter Verwendung eines Impedanzphasenwinkelfehlers und (ii) einer Änderungsrate der Spannungsreferenz basieren.
Die mindestens eine Steuereinheit kann ferner dazu programmiert sein, den Fahrzeugleistungsumsetzer durch Einstellen eines Tastverhältnisses für eine Schaltvorrichtung zum Koppeln des Spannungseingangs mit einer Last auf der Basis einer Stromeingangsreferenz und der Stromeingabe in den Fahrzeugleistungsumsetzer zu betreiben. Die Stromeingangsreferenz kann von einer Spannungsreferenz abgeleitet werden, die auf (i) einer Änderungsrate einer gewichteten Summe eines ersten Terms unter Verwendung eines Ausgangsleistungsfehlers und eines zweiten Terms unter Verwendung eines Impedanzphasenwinkelfehlers und (ii) einer Änderungsrate der Spannungsreferenz basiert.
Ein drahtloses Fahrzeugaufladesystem umfasst einen Wechselrichter, der dazu konfiguriert ist, induktiv mit einem Fahrzeugleistungsumsetzer zu koppeln. Das System umfasst ferner mindestens eine Steuereinheit, die dazu programmiert ist, eine Frequenzausgabe des Wechselrichters zu steuern, um eine Spannungseingabe in den Fahrzeugleistungsumsetzer auf der Basis einer Änderungsrate einer Zielfunktion einzustellen, die dazu konfiguriert ist, einen Ausgangsleistungsfehler des Fahrzeugleistungsumsetzers und einen Impedanzphasenwinkelfehler an einem Wechselrichterausgang zu verringern.
Die mindestens eine Steuereinheit kann ferner dazu programmiert sein, die Frequenzausgabe auf der Basis einer Änderungsrate der Spannungseingabe zu steuern. Die mindestens eine Steuereinheit kann ferner dazu programmiert sein, ein Tastverhältnis zum Umschalten des Fahrzeugleistungsumsetzers auf der Basis einer Leistungsanforderung einer Last zu ändern, die mit dem Fahrzeugleistungsumsetzer gekoppelt ist. Der Ausgangsleistungsfehler kann eine Differenz zwischen der Leistungsanforderung an einem Fahrzeugleistungsumsetzerausgang und einer Leistungsausgabe am Fahrzeugleistungsumsetzerausgang sein und der Impedanzphasenwinkelfehler kann eine Differenz zwischen einem Referenzimpedanzphasenwinkel und einem gemessenen Impedanzphasenwinkel am Wechselrichterausgang sein. Die Zielfunktion kann eine gewichtete Zielfunktion sein, so dass ein erster Gewichtungswert, der dem Ausgangsleistungsfehler zugeordnet ist, größer ist als ein zweiter Gewichtungswert, der dem Impedanzphasenwinkelfehler zugeordnet ist.
Ein Verfahren zum Steuern der Fahrzeugaufladung umfasst das Ändern einer Frequenz an einem Ausgang eines Wechselrichters durch mindestens eine Steuereinheit, der dazu konfiguriert ist, eine Spannungseingabe in einen induktiv gekoppelten Leistungsumsetzer auf der Basis einer Änderungsrate einer gewichteten Zielfunktion zu erzeugen, die einen Ausgangsleistungsfehler des Leistungsumsetzers und einen Impedanzphasenwinkelfehler am Ausgang des Wechselrichters umfasst.
Das Verfahren kann ferner das Ändern eines Tastverhältnisses zum Umschalten des Leistungsumsetzers auf der Basis einer Stromreferenz für einen Eingangsstrom in den Leistungsumsetzer, der von der Spannungseingabe abgeleitet ist, und einer Leistungsanforderung einer mit dem Leistungsumsetzer gekoppelten Last durch die mindestens eine Steuereinheit umfassen.
Das Verfahren kann ferner das Ändern des Tastverhältnisses durch die mindestens eine Steuereinheit umfassen, um einen Fehler zwischen der Stromreferenz und einer Stromeingabe in den Leistungsumsetzer zu verringern.
Das Verfahren kann ferner das Ändern der Frequenz durch die mindestens eine Steuereinheit umfassen, um einen Fehler zwischen der Spannungseingabe und einer Spannungsreferenz zu verringern, der auf einer Änderungsrate der gewichteten Zielfunktion basiert. Das Verfahren kann ferner das Ändern der Frequenz auf der Basis einer Änderungsrate der Spannungsreferenz durch die mindestens eine Steuereinheit umfassen.
Das Verfahren kann ferner das Inkrementieren der Spannungsreferenz um einen vorbestimmten Betrag in Reaktion darauf, dass ein Vorzeichen der Änderungsrate der gewichteten Zielfunktion anders ist als ein Vorzeichen der Änderungsrate der Spannungsreferenz, durch die mindestens eine Steuereinheit umfassen. Das Verfahren kann ferner das Dekrementieren der Spannungsreferenz um einen vorbestimmten Betrag durch die mindestens eine Steuereinheit in Reaktion darauf, dass ein Vorzeichen der Änderungsrate der gewichteten Zielfunktion zu einem Vorzeichen der Änderungsrate der Spannungsreferenz identisch ist, umfassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Beispiel eines elektrifizierten Fahrzeugs.
2 ist ein Diagramm eines möglichen Fahrzeugaufladesystems.
3 ist ein Diagramm einer möglichen Konfiguration von Komponenten eines Fahrzeugaufladesystems.
4 ist ein Blockdiagramm eines möglichen Steuersystems für das Fahrzeugaufladesystem.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Selbstverständlich sind jedoch die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele und andere Ausführungsformen können verschiedene und alternative Formen annehmen. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Details von speziellen Komponenten zu zeigen. Daher sollen hier offenbarte spezielle Struktur- und Funktionsdetails nicht als Begrenzung, sondern lediglich als repräsentative Basis zum Lehren eines Fachmanns auf dem Gebiet, die vorliegende Erfindung verschiedenartig einzusetzen, interpretiert werden. Wie der Fachmann auf dem Gebiet versteht, können verschiedene mit Bezug auf irgendeine der Figuren dargestellte und beschriebene Merkmale mit in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellten Merkmalen kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen schaffen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung konsistent sind, könnten jedoch für spezielle Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
1 stellt ein elektrifiziertes Fahrzeug 12 dar, das typischerweise als Einsteck-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) bezeichnet wird. Ein typisches Einsteck-Hybrid-Elektrofahrzeug 12 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 14 können zum Arbeiten als Motor oder Generator in der Lage sein. Außerdem ist das Hybridgetriebe 16 mit einer Kraftmaschine 18 mechanisch gekoppelt. Das Hybridgetriebe 16 ist auch mit einer Antriebswelle 20 mechanisch gekoppelt, die mit den Rädern 22 mechanisch gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 14 können eine Antriebs- und Abbremsfähigkeit bereitstellen, wenn die Kraftmaschine 18 ein- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 14 wirken auch als Generatoren und können Kraftstoffsparsamkeitsvorteile durch Zurückgewinnen von Energie, die normalerweise als Wärme in einem Reibungsbremssystem verloren gehen würde, schaffen. Die elektrischen Maschinen 14 können auch Fahrzeugemissionen verringern, indem ermöglicht wird, dass die Kraftmaschine 18 mit effizienteren Drehzahlen arbeitet, und ermöglicht wird, dass das Hybrid-Elektrofahrzeug 12 unter bestimmten Bedingungen in einem elektrischen Modus betrieben wird, wobei die Kraftmaschine 18 ausgeschaltet ist. Ein elektrifiziertes Fahrzeug 12 kann ein Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) umfassen. Das BEV kann die Kraftmaschine 18 nicht umfassen.
Eine Traktionsbatterie oder ein Traktionsbatteriesatz 24 speichert Energie, die die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Ein Fahrzeug-Batteriesatz 24 liefert typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstromausgabe. Die Traktionsbatterie 24 ist mit einem oder mehreren elektronischen Leistungsmodulen elektrisch gekoppelt. Ein oder mehrere Kontaktelemente 42 können die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das elektronische Leistungsmodul 26 ist auch mit den elektrischen Maschinen 14 elektrisch gekoppelt und schafft die Fähigkeit, bidirektional Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 zu übertragen. Eine Traktionsbatterie 24 kann beispielsweise eine Gleichspannung liefern, während die elektrischen Maschinen 14 mit einem Dreiphasen-Wechselstrom arbeiten können, um zu funktionieren. Das elektronische Leistungsmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasen-Wechselspannung umsetzen, um die elektrischen Maschinen 14 zu betreiben. In einem Regenerationsmodus kann das elektronische Leistungsmodul 26 den Dreiphasen-Wechselstrom von den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren wirken, in die Gleichspannung umsetzen, die mit der Traktionsbatterie 24 kompatibel ist.
Zusätzlich zum Liefern von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme liefern. Ein Fahrzeug 12 kann ein Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzermodul 28 umfassen, das die Hochspannungs-Gleichstromausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-Gleichstromversorgung umsetzt, die mit Niederspannungs-Fahrzeuglasten 52 kompatibel ist. Ein Ausgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzermoduls 28 kann mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. 12V-Batterie) elektrisch gekoppelt sein. Die Niederspannungssysteme 52 können mit der Hilfsbatterie 30 elektrisch gekoppelt sein. Eine oder mehrere elektrische Lasten 46 können mit einem Hochspannungsbus gekoppelt sein, der mit der Traktionsbatterie 24 gekoppelt ist. Die elektrischen Lasten 46 können eine zugehörige Steuereinheit aufweisen, die die elektrischen Lasten 46 betreibt und steuert, wenn geeignet. Beispiele von elektrischen Lasten 46 können ein Gebläse, ein Heizelement und/oder ein Klimaanlagenkompressor sein.
Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann dazu konfiguriert sein, die Traktionsbatterie 24 von einer externen Leistungsquelle 36 wiederaufzuladen. Die externe Leistungsquelle 36 kann eine Verbindung mit einer elektrischen Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann mit einem Ladegerät oder einer Elektrofahrzeug-Versorgungsausrüstung (EVSE) 38 elektrisch gekoppelt werden. Die externe Leistungsquelle 36 kann ein Verteilungsnetzwerk oder Verteilungsnetz für elektrische Leistung sein, wie durch eine Stromversorgergesellschaft bereitgestellt. Die EVSE 38 kann eine Schaltungsanordnung und Steuerungen vorsehen, um die Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regulieren und zu managen. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrische Gleichstrom- oder Wechselstromleistung zur EVSE 38 liefern.
Die EVSE 38 kann eine oder mehrere Sendespulen 40 aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie in der Nähe zu einer oder mehreren Empfangsspulen 34 des Fahrzeugs 12 angeordnet werden. In einigen Konfigurationen kann sich die Empfangsspule 34 innerhalb eines Aufladeanschlusses befinden, der dazu konfiguriert ist, die Sendespule 40 aufzunehmen. In einigen Konfigurationen kann die Empfangsspule 34 an einer Unterseite des Fahrzeugs 12 angeordnet sein. In einigen Konfigurationen kann die Empfangsspule 34 nahe einer äußeren Oberfläche des Fahrzeugs 12 angeordnet sein. Die Empfangsspule 34 kann in einen Aufladeanschluss integriert sein, der dazu konfiguriert ist, die Sendespule 40 aufzunehmen und die Sendespule 40 auf die Empfangsspule 34 auszurichten. Die Empfangsspule 34 kann mit einem Ladegerät oder einem Bordleistungsumsetzungsmodul 32 elektrisch gekoppelt sein. Das Leistungsumsetzungsmodul 32 kann die von der EVSE 38 zugeführte Leistung aufbereiten, um die korrekten Spannungs- und Strompegel zur Traktionsbatterie 24 zu liefern. Das Leistungsumsetzungsmodul 32 kann mit der EVSE 38 über eine Schnittstelle koppeln, um die Zufuhr von Leistung zum Fahrzeug 12 zu koordinieren.
Die Sendespule 40 kann in einer stationären Position konfiguriert sein. Die Sendespule 40 kann beispielsweise an einer Oberfläche einer Ladestation angeordnet sein. Wenn das Fahrzeug 12 in der Ladestation geparkt wird, kann die Sendespule 40 in die Nähe der Empfangsspule 34 gelangen. In einigen Konfigurationen können die Sendespule 40 und/oder die Empfangsspule 34 beweglich sein, um beim Ausrichten der Spulen zu unterstützen.
Eine oder mehrere Radbremsen 44 können zum Abbremsen des Fahrzeugs 12 und Verhindern einer Bewegung des Fahrzeugs 12 vorgesehen sein. Die Radbremsen 44 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder irgendeine Kombination davon sein. Die Radbremsen 44 können ein Teil eines Bremssystems 50 sein. Das Bremssystem 50 kann andere Komponenten umfassen, um die Radbremsen 44 zu betreiben. Der Einfachheit halber stellt die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 50 und einer der Radbremsen 44 dar. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 50 und den anderen Radbremsen 44 ist impliziert. Das Bremssystem 50 kann eine Steuereinheit umfassen, um das Bremssystem 50 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 50 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 44 für die Fahrzeugabbremsung steuern. Das Bremssystem 50 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann auch autonom arbeiten, um Merkmale wie z. B. Stabilitätssteuerung zu implementieren. Die Steuereinheit des Bremssystems 50 kann ein Verfahren zum Anwenden einer angeforderten Bremskraft implementieren, wenn sie von einer anderen Steuereinheit oder Unterfunktion aufgefordert wird.
Elektronische Module im Fahrzeug 12 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetze kommunizieren. Das Fahrzeugnetz kann mehrere Kanäle für die Kommunikation umfassen. Ein Kanal des Fahrzeugnetzes kann ein serieller Bus wie z. B. ein Steuereinheitsbereichsnetz (CAN) sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzes kann ein Ethernet-Netz umfassen, das durch die Familie von Standards des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802 definiert ist. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzes können diskrete Verbindungen zwischen Modulen umfassen und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 30 umfassen. Verschiedene Signale können über verschiedene Kanäle des Fahrzeugnetzes übertragen werden. Videosignale können beispielsweise über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetz kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten umfassen, die beim Übertragen von Signalen und Daten zwischen Modulen unterstützen. Das Fahrzeugnetz ist in 1 nicht gezeigt, es kann jedoch impliziert sein, dass das Fahrzeugnetz mit irgendeinem elektronischen Modul verbinden kann, das im Fahrzeug 12 vorhanden ist. Eine Fahrzeugsystem-Steuereinheit (VSC) 48 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Das Fahrzeug 12 kann ein drahtloses Kommunikationsmodul 54 umfassen, um mit Vorrichtungen und Systemen entfernt vom Fahrzeug 12 zu kommunizieren. Das drahtlose Kommunikationsmodul 54 kann ein Bordmodem mit einer Antenne umfassen, um mit bordexternen Vorrichtungen oder Systemen zu kommunizieren. Das drahtlose Kommunikationsmodul 54 kann eine zellulare Kommunikationsvorrichtung sein, um Kommunikationen über ein zellulares Datennetz zu ermöglichen. Das drahtlose Kommunikationsmodul 54 kann eine Vorrichtung eines drahtlosen lokalen Netzes (LAN), die mit der IEEE 802.11 Familie von Standards kompatibel ist (d. h. WiFi), oder ein WiMax-Netz sein. Das drahtlose Kommunikationsmodul 54 kann einen drahtlosen Router auf Fahrzeugbasis umfassen, um eine Verbindung mit entfernten Netzen in der Reichweite eines lokalen Routers zu ermöglichen. Das drahtlose Kommunikationsmodul 54 kann mit einer oder mehreren Steuereinheiten im Fahrzeug 12 über eine Schnittstelle koppeln, um Daten zu liefern.
2 stellt eine mögliche Konfiguration für ein System zur induktiven Leistungsübertragung (IPT) dar, das die eine oder die mehreren Sendespulen 40 und die eine oder die mehreren Empfangsspulen 34 verwenden kann, um Energie zum Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Betrieb des drahtlosen Aufladesystems kann eingeleitet werden, wenn sich die Sendespule 40 und die Empfangsspule 34 in der Nähe zueinander befinden. In einigen Konfigurationen kann der Fahrer des Fahrzeugs 12 die Sendespule 40 im Aufladeanschluss positionieren, der dazu konfiguriert ist, die Sendespule 40 auf die Empfangsspule 34 auszurichten. In einigen Konfigurationen kann die Sendespule 40 in einer festen Stelle einer Ladestation angeordnet sein. Die Empfangsspule 34 kann durch Bewegen des Fahrzeugs 12 innerhalb der Ladestation positioniert werden. In dieser Konfiguration kann die Ausrichtung der Sendespule 40 relativ zur Empfangsspule 34 variieren. In einigen Konfigurationen kann die Empfangsspule 34 an einer Unterseite des Fahrzeugs 12 montiert sein. Die Sendespule 40 kann in einem Boden einer Ladestation angeordnet sein. Ein Spulenausrichtungssystem kann implementiert werden, um die Ausrichtung der Empfangsspule 34 relativ zur Sendespule 40 zu detektieren und einzustellen. Die Aufladung kann eingeleitet werden, wenn die Spulen annehmbar ausgerichtet sind.
Das IPT-System kann für Kraftfahrzeuganwendungen verwendet werden, um eine kontaktlose Aufladung der Traktionsbatterie 24 zu schaffen. Das IPT-System vermeidet es, leitfähige Elemente zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug physikalisch verbinden zu müssen. Die Verwendung eines kontaktlosen Systems vermeidet Verschleißprobleme von leitfähigen Elementen, die durch wiederholte Verbindung und Trennung von elektrischen Kontakten verursacht werden. Das drahtlose Fahrzeugaufladesystem kann einen Wechselrichter umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine Spannung zu einem Schwingkreis zuzuführen. Der Schwingkreis kann aus Elementen bestehen, die sich an Bord oder außer Bord des Fahrzeugs befinden. Der bordexterne Abschnitt des Schwingkreises kann ein primäres Kompensationsnetz und die Sendespule 40 umfassen. Der Bordabschnitt des Schwingkreises kann die Empfangsspule 34 und ein sekundäres Kompensationsnetz umfassen.
Die lose gekoppelte Sendespule 40 und Empfangsspule 34 können als Transformator 222 mit einem speziellen Satz von Parametern modelliert werden. Die Sendespule 40 kann als Primärseite des Transformators modelliert werden, die einen primären Widerstand R_p 212 umfasst, der mit einer primären Induktivität L_p 214 in Reihe gekoppelt ist. Die Empfangsspule 34 kann als Sekundärseite des Transformators modelliert werden, die eine sekundäre Induktivität L_s 216 umfasst, die mit einem sekundären Widerstand R_s 218 in Reihe gekoppelt ist. Die induktive Kopplung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite kann durch eine gegenseitige Induktivität M modelliert werden, die die Kopplung zwischen der Sendespule 40 und der Empfangsspule 34 darstellt. Die gegenseitige Induktivität M kann sich auf die Spannung und den Strom auswirken, die in der Empfangsspule 34 in Reaktion darauf, dass ein Strom in der Sendespule 40 fließt, induziert werden. Ein Kopplungskoeffizient k kann auf der Basis der gegenseitigen Induktivität, der primären Induktivität und der sekundären Induktivität, definiert werden. Verschiedene Ausrichtungen der Sendespule 40 und der Empfangsspule 34 können Differenzen in den Werten der Transformatormodellparameter verursachen.
Das Transformatormodell 222 kann ferner als Schwingkreisnetz 210 integriert und modelliert werden. Ein primäres Kompensationsnetz 202 kann mit der Sendespule 40 gekoppelt sein. Ein sekundäres Kompensationsnetz 204 kann mit der Empfangsspule 34 gekoppelt sein. Das Modell des Schwingkreisnetzes 210 kann das primäre Kompensationsnetz 202, den Transformator 222 und das sekundäre Kompensationsnetz 204 umfassen. Das primäre Kompensationsnetz 202 kann eine auswählbare Impedanz umfassen, die mit der Primärseite gekoppelt sein kann. In einigen Konfigurationen kann das primäre Kompensationsnetz 202 einen Satz von auswählbaren Kapazitäten umfassen, die mit der Sendespule 40 in Reihe gekoppelt sind. Das sekundäre Kompensationsnetz 204 kann eine auswählbare Impedanz umfassen, die mit der Empfangsspule 34 gekoppelt sein kann. In einigen Konfigurationen kann das sekundäre Kompensationsnetz 204 einen Satz von auswählbaren Kapazitäten umfassen, die mit der Empfangsspule 34 in Reihe gekoppelt sind. Die Kapazitätswerte können derart gewählt werden, dass die Schaltung mit der Eigeninduktivität der Spulen 34, 40 in Resonanz kommt, um einen Einheitsleistungsfaktor bei einer abgestimmten Frequenz f₀ zu erreichen. Das Schwingkreisnetz 210 kann dazu konfiguriert sein, ein weiches Umschalten für die Wechselrichter-Schaltelemente zu erreichen und eine Spannungsverstärkungssteuerbarkeit über eine Impedanzverstärkung zu schaffen. Das Schwingkreisnetz 210 kann eine magnetische Resonanzkopplung erzeugen, um die Leistungsübertragungseffizienz unter Bedingungen, einschließlich eines großen Luftspalts und einer Spulenfehlausrichtung, zu erhöhen.
Das IPT-System kann einen Wechselrichter 200 umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine Gleichspannung (DC) in eine Wechselspannung (AC) umzusetzen. Der Wechselrichter 200 kann mit der Sendespule 40 über das primäre Kompensationsnetz 202 gekoppelt sein. Die Wechselspannung kann in das Schwingkreisnetz 210 eingegeben werden, um Energie zum Fahrzeug 12 zu übertragen. Eingangsanschlüsse des Wechselrichters 200 können mit einer Leistungsquelle gekoppelt sein, die eine Eingangsgleichspannung V_in und einen Gleichstrom I_in liefert. Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters 200 können mit dem primären Kompensationsnetz 202 gekoppelt sein, um eine Ausgangswechselspannung V_s und einen Wechselstrom I_s zu liefern. Der Wechselrichter 200 kann ein Vollbrücken-Wechselrichter sein, der Schaltelemente umfasst, die zwischen jeden der Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters 200 gekoppelt sind.
Eine Wechselspannung und ein Wechselstrom können in der Sekundärseite des Transformators 222 induziert werden. Das IPT-System kann ferner einen Gleichrichter 206 und ein Tiefpassfilter 208 umfassen, die dazu konfiguriert sind, eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umzusetzen. Der Gleichrichter 206 kann mit der Empfangsspule 34 über das sekundäre Kompensationsnetz 204 gekoppelt sein. Ausgangsanschlüsse des Gleichrichters 206 können mit dem Tiefpassfilter 208 gekoppelt sein, um die gleichgerichtete Spannung zu glätten. Der Ausgang des Tiefpassfilters 208 kann mit einem Fahrzeugleistungsumsetzer 224 gekoppelt sein.
Der Wechselrichter 200 und das primäre Kompensationsnetz 202 können als Teil der EVSE 38 enthalten sein. Das sekundäre Kompensationsnetz 204, der Gleichrichter 206, das Tiefpassfilter 208 und der Fahrzeugleistungsumsetzer 224 können als Teil des Leistungsumsetzungsmoduls 32 im Fahrzeug 12 enthalten sein. Andere Komponentenanordnungen sind möglich.
Die Effizienz des IPT-Systems kann sich mit Variationen in einer Fahrzeuglast und Ausrichtung der Spulen ändern. Das IPT-System kann mit Spitzeneffizienz arbeiten, wenn die Sendespule 40 und die Empfangsspule 34 für einen maximalen Kopplungskoeffizienten ausgerichtet sind und die Schaltung mit einem optimalen Spannungspegel betrieben wird. Existierende IPT-Systeme arbeiten unter Verwendung einer festen Eingangsspannung und einer festen Ausgangsspannung, was das gleichzeitige Erreichen der optimalen Effizienz und des Betrieb mit niedrigen Volt-Ampere-Einstufungen (VA-Einstufungen) der Leistungsversorgung für einen gegebenen Kopplungskoeffizienten begrenzt. Die VA-Einstufung spiegelt die Scheinleistung in einer Wechselspannungsschaltung wider. Die Scheinleistung umfasst Leistung, die in der Schaltung durch die reaktiven Komponenten (z. B. Induktoren und Kondensatoren) im Zyklus geführt wird. Die VA-Einstufung kann sich auf die Leiterbemessung im System auswirken. Im Allgemeinen ist es erwünscht, die VA-Einstufung zu minimieren, so dass sie sich der tatsächlichen Leistungseinstufung (in Watt) des Systems nähert. Dies bezieht sich auf einen Leistungsfaktor des Systems, wobei ein Wert, der sich Eins nähert, im Allgemeinen erwünscht ist.
3 stellt eine Beispielkonfiguration von einigen Komponenten des IPT-Systems dar. Der Wechselrichter 200 kann mehrere Halbleiter-Schaltvorrichtungen umfassen, die zwischen jeden der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters 200 gekoppelt sind. In der Vollbrückenkonfiguration können vier Halbleiter-Schaltvorrichtungen Q₁ 300, Q₂ 302, Q₃ 304 und Q₄ 306 verwendet werden. Jede der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 300, 302, 304, 306 kann eine zugehörige Diode 310, 312, 314, 316 aufweisen, die parallel geschaltet ist. Steuereingänge für jede der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 300, 302, 304, 306 können mit einer IPT-Steuereinheit 220 gekoppelt sein. Die IPT-Steuereinheit 220 kann die Zyklusführung der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 300, 302, 304, 306 steuern. Die Halbleiter-Schaltvorrichtungen 300, 302, 304, 306 können Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) sein.
Die Halbleiter-Schaltvorrichtungen 300, 302, 304, 306 können gesteuert werden, um eine Rechteckwellen-Ausgangsspannung mit einstellbarer Frequenz an den Wechselrichter-Ausgangsanschlüssen zu bewirken. Die Rechteckwellenspannung kann in das Schwingkreisnetz 210 eingegeben werden. Der Wechselrichter-Ausgangsstrom kann eine Sinuswellenform sein, die von der Grundkomponente der Wechselrichter-Ausgangsspannung um einen Phasenwinkel ϕ_s phasenverschoben ist. Der Phasenwinkel hängt von der Impedanz des Schwingkreisnetzes 210 und einer Impedanz einer Last ab.
Wenn beispielsweise die Schaltvorrichtung Q1 300 und Q4 306 aktiviert werden, wird die Eingangsgleichspannung V_in über die Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters 200 angelegt. Ein Strom kann von der Eingangsspannungsquelle durch Q1 300, das primäre Kompensationsnetz 202 und die Sendespule 40 fließen und durch Q4 306 zurückkehren.
Der Wechselrichter 200 kann eine Rechteckspannungsausgabe für das Schwingkreisnetz 210 mit einer Frequenz erzeugen, die auf dem Umschalten der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 300, 302, 304, 306 basiert. In Abhängigkeit von der Impedanz des Schwingkreisnetzes 210 kann das Umschalten der Halbleiter-Schaltvorrichtungen 300, 302, 304, 306 als Nullspannungsumschalten (ZVS) oder Nullstromumschalten (ZCS) klassifiziert werden. Das Nullspannungsumschalten einer Schaltvorrichtung wird erreicht, wenn Aus-Ein-Übergänge stattfinden, wenn die Spannung über der Schaltvorrichtung null ist. Das Nullspannungsumschalten hilft, die Effizienz durch Minimieren von Schaltverlusten zu verbessern. Das Nullspannungsumschalten kann erreicht werden, wenn die Impedanz des Schwingkreisnetzes 210 mit einem Phasenwinkel größer als null induktiv ist. Der Phasenwinkel der Impedanz stellt die Differenz des Phasenwinkels zwischen der Spannung über dem Netz und dem Strom, der durch das Netz fließt, dar. Wenn die Impedanz induktiv ist, eilt die Spannung über dem Netz dem Strom, der durch das Netz fließt, vor. Das Nullstromumschalten wird erreicht, wenn Ein-Aus-Übergänge stattfinden, wenn der Strom durch den Schalter null ist. Das Nullstromumschalten kann erreicht werden, wenn die Schwingkreisnetz-Impedanz mit einem Phasenwinkel von weniger als null kapazitiv ist. In diesem Fall eilt die Spannung dem Strom nach.
Wenn die Halbleiter-Schaltvorrichtungen 300, 302, 304, 306 MOSFETs sind, ist es erwünscht, Nullspannungsumschalten zu erreichen, um Schaltverluste zu verringern. Die IPT-Steuereinheit 220 kann Paare von Schaltvorrichtungen in einer speziellen Sequenz befehligen. Während eines Teils des Zyklus können nur die Schaltvorrichtungen Q₁ 300 und Q₄ 306 eingeschaltet werden. Während des restlichen Teils des Zyklus können nur die Schaltvorrichtungen Q₂ 302 und Q₃ 304 eingeschaltet werden. Während der Zeit, in der Q₁ 300 und Q₄ 306 eingeschaltet werden, wird die Eingangsspannung an die Ausgangsanschlüsse angelegt. Dies kann bewirken, dass ein Storm zum Schwingkreisnetz 210 fließt. Unter der Annahme eines positiven Impedanzphasenwinkels eilt die Spannungsausgabe dem Strom vor. Zu irgendeiner Zeit werden die Schaltvorrichtungen Q₁ 300 und Q₄ 306 ausgeschaltet. Zu dieser Zeit kann kein Strom durch Q₁ 300 und Q₄ 306 fließen. Irgendein Strom, der in der Schaltung fließt, findet jedoch einen Weg durch die Dioden 312, 314, die Q₂ 302 und Q₃ 304 zugeordnet sind. Wenn der Strom durch die Dioden 312, 314 fließt, ist die Spannung über den Dioden 312, 314 und den zugehörigen Schaltelementen der Durchlassspannungsabfall der Diode, der typischerweise eine kleine Spannung ist. Die Schaltelemente Q₂ 302 und Q₃ 304 können in Gegenwart dieser nahe null liegenden Spannung eingeschaltet werden. Eine ähnliche Analyse kann zum Einschalten der Schaltelemente Q₁ 300 und Q₄ 306 konstruiert werden.
Das Schwingkreisnetz 210 ist durch die Kombinationen der Schaltelemente gebildet, die die Kompensationsnetze 202, 204 und das Transformatormodell 222 umfassen. Die Eingangsimpedanz des Schwingkreisnetzes 210 kann dargestellt werden durch:
wobei R_e ein Ausgangslastwiderstand ist, j ein imaginärer Operator ist, so dass j² = –1, und ω die Frequenz ist. Die Eingangsimpedanz des Schwingkreisnetzes 210 kann die Impedanz, wie von den Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters 200 betrachtet, sein.
Die Amplitude und Phase der Eingangsimpedanz des Schwingkreisnetzes 210 können aus Gleichung (1) bestimmt werden. Die Impedanz Z_in wird als komplexer Ausdruck ausgedrückt und kann unter Verwendung von Standardverfahren in Polarform umgewandelt werden. Eine komplexe Zahl mit einem Realterm x und einem Imaginärterm y kann in Polarform mit einer Amplitude P und einem Winkel θ umgewandelt werden. Die Amplitude P kann als Quadratwurzel der Summe von x² und y² berechnet werden. Der Winkel θ kann als Arcustangens des Quotienten des Imaginärterms y dividiert durch den Realterm x berechnet werden. Die Terme können bearbeitet werden und ein Ausdruck für den Impedanzphasenwinkel kann abgeleitet werden.
Die Gleichung (1) beschreibt, wie die Parameterwerte des Transformatormodells 222 sich auf die Impedanz auswirken. Die Parameterwerte des Transformatormodells 222 können im Voraus bekannt sein. Die Parameterwerte können Kalibrierungswerte sein oder können über einen Online-Identifikationsalgorithmus identifiziert werden. Der Lastwiderstand R_e kann sich während der Aufladung der Traktionsbatterie 24 auf der Basis des Ladungszustandes und der Temperatur der Batterie ändern. Ferner kann der Lastwiderstand auf der Basis von zusätzlichen Lasten, die während der Aufladung aktiviert werden können, wie z. B. elektrische Lasten, die der Batterieerwärmung und Batteriekühlung zugeordnet sind, variieren. Der Lastwiderstand kann einen Widerstand der Traktionsbatterie 24 umfassen. Der Lastwiderstand kann als Funktion der Temperatur und Effizienz des Leistungsumsetzers variieren. Die Amplitude und Phase der Eingangsimpedanz können als Funktion des Lastwiderstandes R_e und des Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen variieren. Der Kopplungskoeffizient kann durch die Ausrichtung der Sendespule 40 und der Empfangsspule 34 beeinflusst werden.
Der Phasenwinkel der Impedanz an den Ausgangsanschlüssen des Wechselrichters 200 wirkt sich auf die Fähigkeit aus, das Nullspannungsumschalten der Schaltvorrichtungen zu erreichen. Der Phasenwinkel der Impedanz kann durch Überwachen der Spannungswellenform und der Stromwellenform, die vom Wechselrichter 200 ausgegeben werden, gemessen werden. Die IPT-Steuereinheit 220 kann mit einem Spannungssensor über eine Schnittstelle gekoppelt sein, um die Spannung am Wechselrichterausgang zu messen. Die IPT-Steuereinheit 220 kann mit einem Stromsensor über eine Schnittstelle gekoppelt sein, um den am Wechselrichterausgang fließenden Strom zu messen. Als Beispiel können die Spannungswellenform und die Stromwellenform in Rechteckwellensignale umgesetzt werden, die positiv sind, wenn die Wellenform positiv ist, und null, wenn die Wellenform negativ ist. Der Phasenwinkel kann auf der Basis der Zeitdifferenz zwischen ähnlichen Übergängen der Rechteckwellensignale bestimmt werden. Andere Konfigurationen können eine Zeitdifferenz zwischen Nulldurchgängen der Spannungswellenform und der Stromwellenform detektieren. Zusätzliche Verfahren sind möglich und irgendein Verfahren kann für das offenbarte System annehmbar sein.
Während des Aufladens können die Parameter des Schwingkreisnetzes 210 als konstant betrachtet werden, da die magnetische Kopplung wahrscheinlich während dieser Zeit stationär sein kann. Unter der Annahme von keinen Änderungen in der relativen Positionierung der Spulen kann der Kopplungskoeffizient zwischen den Spulen ein konstanter Wert sein. Unter dieser Bedingung kann die Verstärkung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung ebenso unverändert sein. Der Eingangsimpedanz-Phasenwinkel des Schwingkreisnetzes 210 bestimmt die aufgebrachten VA-Beanspruchungen und die Effizienz des Wechselrichters 200, der mit dem Schwingkreisnetz 210 gekoppelt ist. Der Eingangsimpedanz-Phasenwinkel und die Ausgangsleistung können als Rückkopplungsparameter verwendet werden, um den Betrag der Blindleistung zu steuern, um ein weiches Umschalten (ZVS) der Wechselrichter-Schaltvorrichtungen zu bewirken, während die Resonanznetzeffizienz verbessert wird, während die angeforderte Ausgangsleistung geliefert wird.
Der Leistungsumsetzer 224 kann dazu konfiguriert sein, eine Amplitude einer Ausgangsspannung einzustellen. Der Leistungsumsetzer 224 kann die Lastleistung regulieren, während er einen Bereich von Eingangsspannungen ermöglicht. Der Leistungsumsetzer 224 kann ein Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer sein, der dazu konfiguriert ist, eine Gleichspannung auszugeben, die anders ist als die Eingangsgleichspannung. In einigen Konfigurationen kann der Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer ein Tiefsetzsteller sein. In einigen Konfigurationen kann der Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer eine Tiefsetz- und Hochsetzfähigkeit umfassen. Der Fahrzeugleistungsumsetzer 224 kann ein Schaltelement 318 umfassen, das einen Spannungseingang mit der Last koppelt. Das Schaltelement 318 kann eine Halbleitervorrichtung wie z. B. ein MOSFET sein oder kann ein Relais sein.
Das Fahrzeug kann eine Umsetzersteuereinheit 228 umfassen, die dazu konfiguriert ist, die Leistungsumsetzungsfunktionen zu steuern und mit der EVSE 38 über eine Schnittstelle zu koppeln. Die Umsetzersteuereinheit 228 kann Steuersignale ausgeben, um das Schaltelement 318 des Leistungsumsetzers 224 zu betreiben. Das Tastverhältnis des Steuersignals für das Schaltelement 318 kann eingestellt werden, um die gewünschte Ausgangsspannung des Leistungsumsetzers 224 zu erreichen. In Abhängigkeit von der Topologie des Leistungsumsetzers 224 können zusätzliche Mittel zum Steuern der Ausgabe des Leistungsumsetzers 224 zur Verfügung stehen. Frequenzsteuer- und/oder Phasenverschiebungssteuerverfahren können beispielsweise zur Verfügung stehen. Die beschriebene Steuerstrategie ist auf die verschiedenen Leistungsumsetzer-Konfigurationen anwendbar.
Das beschriebene IPT-System ermöglicht die Steuerung von bestimmten Spannungen und Strömen im System. Der Wechselrichter 200 ermöglicht die Steuerung der Spannung, die in das Schwingkreisnetz 210 eingegeben wird. Die Amplitude und Frequenz der Wechselrichter-Ausgangsspannung können durch Betreiben der Halbleiter-Schaltvorrichtungen in einer vorgeschriebenen Weise gesteuert werden. Außerdem kann die Ausgangsspannung des Leistungsumsetzers 224 durch Einstellen des Tastverhältnisses des Schaltelements 318 im Leistungsumsetzer 224 gesteuert werden. Das Tastverhältnis kann zwischen null und einhundert Prozent variieren, so dass ein Tastverhältnis von einhundert Prozent bewirkt, dass die Ausgangsspannung gleich der Eingangsspannung ist. Die Ausgangsspannung des Leistungsumsetzers 224 kann das Produkt der Spannungseingabe und des Tastverhältnisses sein. Das Steuern des Wechselrichters 200 und des Leistungsumsetzers 224 kann ermöglichen, dass die Leistungsausgabe zur Traktionsbatterie 24 unter einer Vielfalt von Bedingungen maximiert wird.
Ein frequenzgesteuertes IPT-System kann die Effizienz durch Einstellen eines Ausgangsspannungssollpunkts und eines Ausgangslastwiderstandes verbessern. Diese Parameter können gesteuert werden, um einen Betrieb unter einem breiteren Bereich von Fehlausrichtungsbedingungen und/oder Variationen in den Systemkomponentenwerten zu ermöglichen. Das Verbinden des IPT-Systems direkt mit der Last führt eine Einschränkung für die Ausgangsspannung zum Liefern der gewünschten Lastleistung ein. Wenn der Gleichstrom/Gleichstrom-Leistungsumsetzer 224 zwischen das IPT-System und die Last gekoppelt ist, um die Lastleistung zu regulieren, wird die IPT-Ausgangsspannung nicht mehr durch Variationen in der Ausgangslastleistung eingeschränkt. Dies ermöglicht, dass ein Steuersystem die IPT-Ausgangsspannung steuert, um andere Ziele wie z. B. weiches Umschalten zu erfüllen. Der Spannungssollpunkt kann eine Spannungseingabe in den Leistungsumsetzer 224 steuern.
Das IPT-System kann frequenzgesteuert sein. Das heißt, der Wechselrichter 200 kann dazu konfiguriert sein, die Frequenz der Wechselrichter-Ausgangsspannung einzustellen. Ein vorbestimmter Bereich von Ausgangsspannungsfrequenzen kann definiert werden, so dass die Frequenz innerhalb des vorbestimmten Bereichs gehalten wird. Der Frequenzbereich kann durch Industriestandards für das IPT-System definiert sein (z. B. Standards der Society of Automotive Engineers (SAE)).
Das IPT-System kann dazu konfiguriert sein, unter einem vorbestimmten Bereich von Kopplungskoeffizienten zu arbeiten. Ein vorbestimmtes maximales Ausmaß an Spulenfehlausrichtung kann beispielsweise toleriert werden. Der Kopplungskoeffizient kann identifiziert oder abgeschätzt werden.
Das Aufladesystem kann die Wechselrichter-Ausgangsspannung auf der Basis eines Eingangsimpedanz-Phasenwinkels und einer Ausgangsleistungsreferenz steuern. Die Ausgangsleistungsreferenz kann eine Menge an angeforderter Leistung, um die Traktionsbatterie 24 aufzuladen und Nebenaggregatlasten während der Aufladung zu betreiben, sein. Die Ausgangsleistungsreferenz kann eine Aufladenennleistung für die EVSE 38 sein. Eine Ladestation, die zum Aufladen mit 3,3 kW bemessen ist, kann beispielsweise die Ausgangsleistungsreferenz auf 3,3 kW setzen, um eine maximale Leistungsübertragung zu erreichen. In einigen Konfigurationen kann die Ausgangsleistungsreferenz auf anderen Kriterien basieren.
Das IPT-System kann dazu konfiguriert sein, eine Steuerstrategie zu implementieren, um eine Spannungsreferenz am Eingang des Leistungsumsetzers 224 zu bestimmen. Das IPT-System kann sich derart verhalten, dass ein Profil der Leistungsausgabe als Funktion der Spannungsreferenz einen Spitzenwert aufweist. Unter einer bestimmten Spannungsreferenz kann die Leistungsausgabe zunehmen, wenn die Spannung zunimmt. Über der bestimmten Spannungsreferenz kann die Leistungsausgabe abnehmen, wenn die Spannung zunimmt. Das IPT-System kann dazu konfiguriert sein, die Spannungsreferenz für die Spitzenleistungsausgabe zu bestimmen.
Das IPT-System kann eine Vielfalt von Optimierungsstrategien implementieren. Das IPT-System kann eine Strategie der Maximalleistungspunktverfolgung (MPPT) implementieren bei einem Versuch, eine maximale Menge an Leistung zwischen den Spulen zu übertragen. Das IPT-System kann eine Strategie der Maximaleffizienzpunktverfolgung (MEPT) implementieren, um die Effizienz der Energieübertragung zu optimieren. Die Optimierungsstrategie kann eine Störungs- und Beobachtungskomponente umfassen. Die Reaktion auf Änderungen im Betriebspunkt können beispielsweise überwacht werden, um festzustellen, ob die Systemreaktion in einer Richtung liegt, die die Zielfunktion optimiert. Der Algorithmus kann eine inkrementale Durchführungsstrategie implementieren, bei der eine Änderungsrate des Stroms in Bezug auf die Spannung überwacht wird, um zu bestimmen, wie sich die Leistung ändert. Andere Strategien sind möglich und können alternativ ausgewählt werden.
Das System kann eine Hauptsteuereinheit 226 umfassen, die einen Extremwertsuchalgorithmus implementiert, um eine Zielfunktion zu minimieren. Die Hauptsteuereinheit 226 kann mit der IPT-Steuereinheit 220 und der Umsetzer-Steuereinheit 228 kommunizieren, um Befehle zu liefern und eine Rückmeldung zu empfangen. Die Hauptsteuereinheit 226 kann die Optimierungsstrategie implementieren, die eine angeforderte Leistungsausgabe und eine Phasenwinkelreferenz eingeben kann. Die angeforderte Leistungsausgabe kann eine Menge an Leistung sein, die vom Fahrzeug angefordert wird, um die Traktionsbatterie 24 aufzuladen und Lasten während der Aufladung zu betreiben. Die angeforderte Leistungsausgabe kann eine Nennleistungsausgabe des Aufladesystems sein. Die Phasenwinkelreferenz kann ausgewählt werden, um ZVS der Schaltelemente im Wechselrichter 200 zu schaffen.
Eine mögliche Steuerstrategie ist in 4 dargestellt. Eine Zielfunktion 400 kann entwickelt werden, um den Betrieb des Aufladesystems auf der Basis von mehreren Kriterien zu optimieren. Die Zielfunktion 400 kann einen ersten Term 404 auf der Basis eines Fehlers zwischen einem gemessenen Eingangsimpedanz-Phasenwinkel 408 und einem Referenzphasenwinkel 410 umfassen. Ein erstes Differenzelement 418 kann den Impedanz-Phasenwinkelfehler als Differenz zwischen dem gemessenen Eingangsimpedanz-Phasenwinkel 408 und dem Referenzphasenwinkel 410 ausgeben. Die Zielfunktion 400 kann dazu konfiguriert sein, den Impedanzphasenwinkelfehler zu minimieren. Ein erster Term 404 der Form W₁(ϕ_error + 0,1) kann beispielsweise definiert werden, wobei W₁ ein Gewichtungsfaktor ist. Der Term ϕ_error kann der Impedanzphasenwinkelfehler am Ausgang des Wechselrichters 200 sein. Der Referenzphasenwinkel 410 kann ein vorbestimmter Phasenwinkel sein. Um das Nullspannungsumschalten zu erreichen, kann der Referenzphasenwinkel 410 so ausgewählt werden, dass er ein positiver Wert ist, der die Spannung angibt, die dem Strom voraneilt. Ein Referenzphasenwinkel 410 von zwanzig Grad kann beispielsweise ausgewählt werden, um das ZVS des Wechselrichters 200 sicherzustellen.
Die Steuerstrategie kann einen Phasenwinkel-Bestimmungsblock 440 umfassen, der dazu konfiguriert ist, Signale zu messen oder zu empfangen, die die Spannungs- und Stromausgabe des Wechselrichters 200 angeben. Der Phasenwinkel-Bestimmungsblock 440 kann den Eingangsimpedanzphasenwinkel 408 des Netzes berechnen und ausgeben, wie vorher beschrieben.
Die Zielfunktion 400 kann einen zweiten Term 402 umfassen, der dazu konfiguriert ist, einen Ausgangsleistungsfehler zwischen einer gemessenen Leistungsausgabe 412 und einer Referenzleistungsausgabe 414 zu minimieren. Der zweite Term 402 kann beispielsweise von der Form W₂(P_error + 0,1) sein, wobei W₂ ein Gewichtungsfaktor ist. Ein zweites Differenzelement 416 kann den Ausgangsleistungsfehler als Differenz zwischen der gemessenen Leistungsausgabe 412 und der Referenzleistungsausgabe 414 ausgeben. Der Term P_error kann der Ausgangsleistungsfehler am Ausgang des Leistungsumsetzers 224 sein. Die Gewichtungsfaktoren der Zielfunktion 400 können ausgewählt werden, um die Leistungszufuhr über die Eingangsimpedanzphasensteuerung unter Fehlausrichtungsbedingungen oder Systemkomponentenvariation zu priorisieren. Die Zielfunktion 400 kann einen Term umfassen, um den IPT-Systembetrieb innerhalb eines vorbestimmten Betriebsbereichs zu begrenzen. Ein Summierelement 406 kann die Summe des ersten gewichteten Terms 404 und des zweiten gewichteten Terms 402 zusammen ausgeben, um den endgültigen Zielfunktionswert zu erreichen.
Das IPT-System kann dazu konfiguriert sein, die Zielfunktion zu maximieren. In einem solchen System kann die Beziehung der Zielfunktion als Funktion der Spannung einen Spitzenwert angeben. Ein solches System kann dazu konfiguriert sein, die Spannung in der Richtung zu ändern, die die Spitzenzielfunktion erreicht. Das System kann beispielsweise dazu konfiguriert sein, eine Spannungsreferenz zu erhöhen, wenn die Zielfunktionsausgabe und die Spannungsreferenz zunehmen. Dies kann bestimmt werden, wenn die Änderungsrate der Zielfunktionsausgabe und die Änderungsrate der Spannungsreferenz positiv sind. Das System kann dazu konfiguriert sein, die Spannungsreferenz zu verringern, wenn die Zielfunktionsausgabe abnimmt, während die Spannungsreferenz zunimmt. Dies kann bestimmt werden, wenn die Änderungsrate der Zielfunktionsausgabe negativ ist und die Änderungsrate der Spannungsreferenz positiv ist. Das System kann dazu konfiguriert sein, die Spannungsreferenz anzusteuern, um die maximale Zielfunktion zu erreichen. Ebenso kann das System dazu konfiguriert sein, die Zielfunktion zu minimieren, was durch Invertieren des Vorzeichens der Gewichtungsfaktoren erreicht werden kann.
Eine Spannungsreferenz 436 kann für die Spannungseingabe in den Leistungsumsetzer 224 bestimmt werden. Die Spannungsreferenz 436 kann auf der gewichteten Zielfunktion 400 basieren. In einigen Konfigurationen kann die Zielfunktion 400 differenziert werden, um eine Änderungsrate der Zielfunktion zu bestimmen. Ein erstes Differenzierelement 420 kann eine Änderungsrate des Ausgangswerts der Zielfunktion 400 ausgeben. Das Differenzierelement 420 kann eine Änderungsrate der Eingabe auf der Basis einer Differenz zwischen Eingangswerten dividiert durch die Zeit zwischen den Eingangswerten ausgeben. Ein Vorteil der offenbarten Zielfunktion 400 besteht darin, dass der Impedanzphasenwinkel gesteuert wird, um das ZVS zu erreichen, während immer noch die Referenzleistungsausgabe erfüllt wird.
Die Spannungsreferenz 436 kann auch differenziert werden, um eine Änderungsrate der Spannungsreferenz 436 zu bestimmen. Ein zweites Differenzierelement 422 kann eine Änderungsrate der Spannungsreferenz 436 ausgeben.
Die Änderungsrate der Zielfunktion 400 und die Änderungsrate der Spannungsreferenz 436 können in einen Erhöhungs/Verringerungs-Logikblock 424 eingegeben werden. Die Spannungsreferenz 436 kann auf der Basis des Gradienten der Spannungsreferenz 436 und des Gradienten der gewichteten Zielfunktion 400 geändert werden. Ferner kann die Spannungsreferenz 436 auf dem Vorzeichen (positiv oder negativ) der Gradienten basieren. Die Spannungsreferenz 436 kann um eine vorbestimmte Spannung auf der Basis des Vorzeichens des Zielfunktionsgradienten und des Vorzeichens des Spannungsreferenzgradienten inkrementiert oder dekrementiert werden. Wenn beispielsweise das Vorzeichen des Zielfunktionsgradienten und das Vorzeichen der Spannungsreferenz gleich sind, kann die Spannungsreferenz erhöht werden. Wenn beide Gradienten positiv sind, ist das Verhalten derart, dass das Erhöhen der Spannungsreferenz 436 den Wert der Zielfunktion 400 erhöht. Wenn beide Gradienten negativ sind, ist ebenso das Verhalten derart, dass das Verringern der Spannungsreferenz 436 die Zielfunktion 400 verringern würde, so dass es bevorzugt ist, die Spannungsreferenz zu erhöhen. Unter Verwendung einer ähnlichen Analyse, wenn die Vorzeichen der Gradienten entgegengesetzt sind, kann die Spannungsreferenz 436 verringert werden.
In einigen Konfigurationen wird die Spannungsreferenz 436 um eine vorbestimmte Spannung jedes Mal erhöht oder verringert, wenn die Steuerstrategie ausgeführt wird. In diesen Konfigurationen ist die Reaktion der Spannungsreferenz 436 auf Änderungen in den Systemparametern durch die vorbestimmte Spannungserhöhung und/oder Spannungsverringerung begrenzt.
Das resultierende System gibt eine Spannungsreferenz 436 aus, die versucht, die Zielfunktion 400 zu optimieren. Die Zielfunktion 400 kann so konfiguriert sein, dass sie minimiert oder maximiert wird. Die Spannungsreferenz 436 ist die gewünschte Spannung am Eingang in den Leistungsumsetzer 224. Ein Stromreferenzblock 426 kann implementiert werden, um eine Stromreferenz 438 auf der Basis der Leistungsausgangsreferenz 414 und der Spannungsreferenz 436 zu berechnen. Die Stromreferenz 438 kann eine gewünschte Stromeingabe in den Leistungsumsetzer 224 sein.
Die Spannungsreferenz 436 kann in einen Frequenzsteuerlogikblock 428 eingegeben werden. Die Frequenzsteuerlogik 428 kann die Spannungsreferenz 436 verwenden, um eine Frequenz der Wechselrichter-Ausgangsspannung einzustellen. Ein Spannungsmesssystem 432 kann dazu konfiguriert sein, die Spannung am Eingang in den Fahrzeugleistungsumsetzer 224 zu messen und abzutasten. Das Spannungsmesssystem 432 kann als Teil einer Umsetzersteuereinheit 228 im Fahrzeug 12 implementiert werden und kann den Wert zur IPT-Zeitsteuereinheit 220 übertragen. Ein Fehler zwischen der Spannungsreferenz 436 und der Spannungseingabe in den Leistungsumsetzer 224 kann in einer Proportional-Integral-Regelungsstrategie (PI-Regelungsstrategie) berechnet und verwendet werden, um eine Frequenzreferenz für den Wechselrichterausgang zu erzeugen. Die IPT-Steuereinheit 220 kann dann das Umschalten des Wechselrichters 200 auf die gewünschte Frequenz einstellen. Über die Zeit sollte die Spannungseingabe in den Leistungsumsetzer 224 der Spannungsreferenz 436 folgen.
Die Umsetzer-Steuereinheit 228 kann eine Leistungsumsetzer-Steuerstrategie 430 implementieren, um den Leistungsumsetzer 224 zu steuern. In einigen Konfigurationen kann die Leistungsumsetzer-Steuerstrategie 430 ein Tastverhältnis der Leistungsumsetzer-Schaltvorrichtungen steuern. Die Stromreferenz 438 kann in einer Steuerschleife zusammen mit dem aktuellen Eingangsstromwert verwendet werden, der in den Leistungsumsetzer 224 eingegeben wird. Die Umsetzersteuereinheit 228 kann ein Strommesssystem 434 umfassen, das dazu konfiguriert ist, die Stromeingabe in den Leistungsumsetzer 224 zu messen. Ein Fehler zwischen der Stromreferenz 438 und der gemessenen oder abgeschätzten Stromeingabe in den Leistungsumsetzer 224 kann berechnet und in einer Proportional-Integral-Regelungsstrategie (PI-Regelungsstrategie) verwendet werden, um ein Tastverhältnis für den Leistungsumsetzer 224 zu erzeugen. Das Tastverhältnis kann verwendet werden, um ein Schaltmuster für den Leistungsumsetzer 224 zu bestimmen, das die Spannungsausgabe ändert. Es ist zu beachten, dass die PI-Regelungsstrategie lediglich beispielhaft ist für verschiedene Steuerstrategien, die zur Verfügung stehen, und andere Steuerstrategien ohne Begrenzung ausgewählt werden können.
Die offenbarte Steuerstrategie arbeitet durch Steuern der Frequenz des Wechselrichters 200, um eine Spannungseingabe in den Leistungsumsetzer 224 zu liefern, die die gewünschte Leistungsausgabe erzeugt und den Impedanzphasenwinkel in Richtung des vorbestimmten Impedanzphasenwinkels treibt. Das Tastverhältnis des Leistungsumsetzers 224 wird gesteuert, um die gewünschte Leistungsausgabe zu erfüllen.
Die Steuerstrategie ermöglicht, dass das System auf Änderungen in den Systemparametern oder der Leistungsanforderung reagiert. Eine Änderung der Last, die mit dem Leistungsumsetzer 224 gekoppelt ist, kann sich beispielsweise auf die Impedanz des Systems auswirken. Der Phasenwinkel der Impedanz am Wechselrichterausgang kann geändert werden, so dass das ZVS des Wechselrichters beeinflusst wird. Die Änderung der Last kann eine Erhöhung der Leistungsanforderung der Last verursachen. Diese Änderungen können in der gewichteten Zielfunktion 400 widergespiegelt werden. Auf der Basis der Änderungsrate der Zielfunktion 400 kann die Spannungsreferenz 436 beginnen, sich in einer Richtung zu ändern, um die Zielfunktion 400 zu optimieren. Da die Änderungsrate der Spannungsreferenz 436 begrenzt sein kann, kann die Spannungsreferenz 436 beginnen, sich mit einer vorbestimmten Rate zu ändern.
Die Stromreferenz 438, die eine Funktion der angeforderten Leistung 414 und der Spannungsreferenz 436 ist, kann sich in Reaktion auf die Erhöhung der Leistungsanforderung schnell ändern. Die Stromreferenz 438 kann zur Umsetzer-Steuereinheit 228 geliefert werden, die dann das Tastverhältnis einstellen kann, um die Stromreferenz 438 zu erreichen. Das Ergebnis kann jenes sein, dass der Leistungsumsetzer 224 relativ schnell reagiert, um zu versuchen, die Erhöhung der Leistungsanforderung zu erfüllen. Eine Erhöhung der angeforderten Leistung kann beispielsweise eine Erhöhung der Stromreferenz 438 verursachen. Die Erhöhung der Stromreferenz 438 kann eine Erhöhung des Tastverhältnisses verursachen, um die Spannungsausgabe aus dem Leistungsumsetzer 224 zu erhöhen. Die Spannungsausgabe des Leistungsumsetzers 224 kann durch die Spannungseingabe begrenzt werden. Das heißt, die maximale Spannung am Leistungsumsetzerausgang bei einem Tastverhältnis von einhundert Prozent ist gleich der Spannungseingabe in den Leistungsumsetzer. In einigen Fällen kann eine Erhöhung der Leistungsausgabe durch Erhöhen des Tastverhältnisses erfüllt werden.
In einer Situation, in der die Spannungsreferenz zunimmt, kann die Spannungseingabe in den Leistungsumsetzer 224 zunehmen, um sie an die Referenz anzupassen. Wenn die Spannungsreferenz zunimmt, kann die Stromreferenz in Reaktion darauf abnehmen. Nach einer gewissen Zeit können sich die Spannungsreferenz und die Stromreferenz bei Werten stabilisieren, die die Zielfunktion 400 optimieren. Zu einer gewissen Zeit kann die Zielfunktion 400 auf den minimalen oder maximalen Wert optimiert werden. Die stabile Bedingung für das System kann ein Betriebszustand sein, in dem die Spannungsreferenz mit einer kleinen Amplitude um den optimalen Wert oszilliert.
Das offenbarte System ermöglicht das Maximieren der Leistungsübertragung zur Traktionsbatterie 24, während ZVS erreicht wird. Die Steuerung wird durch Steuern des Wechselrichters 200 und des Leistungsumsetzers 224 implementiert. Das Hinzufügen des Leistungsumsetzers 224 schafft einen zusätzlichen Grad an Steuerung, der das Erreichen der zwei Ziele möglich macht. Der Impedanzphasenwinkel und die Ausgangsleistung können als Rückkopplung verwendet werden, um die Menge an Blindleistung zu steuern, um weiches Umschalten der Wechselrichterschalter einzugehen, während die angeforderte Leistung geliefert wird. In einem System, das die gleichgerichtete Spannung direkt mit der Traktionsbatterie 24 verbindet, wird eine Einschränkung für die Ausgangsspannung zum Liefern der angeforderten Leistung eingeführt. Der Leistungsumsetzer 224 zwischen dem Gleichrichter 206 und der Traktionsbatterie 24 ermöglicht einen zusätzlichen Grad an Steuerung, um die Ausgangsleistung zu regulieren. Der Wechselrichter 200 kann dann gesteuert werden, um andere Ziele wie z. B. weiches Umschalten zu erfüllen.
Die Abtastrate der Hauptsteuereinheit 226 kann langsamer sein als die IPT-Steuereinheit 220 und die Umsetzer-Steuereinheit 228. Dies ermöglicht, dass die IPT-Steuereinheit 220 die Spannungsreferenz erreicht und die Umsetzer-Steuereinheit 228 die Stromreferenz erreicht. Andere Steuereinheits-Konfigurationen sind möglich. Die Funktionen der Hauptsteuereinheit 226 können beispielsweise in der IPT-Steuereinheit 220 oder der Umsetzer-Steuereinheit 228 implementiert werden.
Die offenbarte Strategie ermöglicht, dass das IPT-System die volle Leistung über einen breiten Bereich von Kopplungskoeffizienten und Variationen in den Systemkomponentenwerten liefert. Die Strategie verbessert auch die Systemeffizienz durch den Betrieb in einem Bereich, in dem die weiche Umschaltoperation der Wechselrichter-Schaltvorrichtungen möglich ist. VA-Belastungen in der Sendespule 40 und der Empfangsspule 34 werden minimiert, was Konstruktionen unter Verwendung von kostengünstigeren Komponenten ermöglichen und die thermische Leistung verbessern kann. Die Strategie minimiert ferner die Stromzirkulation in der Sendespule und der Empfangsspule, was die Einwirkung des elektromagnetischen Feldes (EMF) und abgestrahlte Emissionen minimieren kann.
Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen, die hier offenbart sind, können zu einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuereinheit oder einem Computer lieferbar sein/durch diese implementiert werden, die irgendeine existierende programmierbare elektronische Steuereinheit oder zweckgebundene elektronische Steuereinheit umfassen können. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Befehle gespeichert sein, die von einer Steuereinheit oder einem Computer in vielen Formen ausführbar sind, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien gespeichert sind, wie z. B. ROM-Vorrichtungen, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien gespeichert sind, wie z. B. Disketten, Magnetbänder, CDs, RAM-Vorrichtungen und andere magnetische und optische Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem Software-ausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung von geeigneten Hardwarekomponenten verkörpert sein, wie z. B. anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), anwenderprogrammierbaren Verknüpfungsfeldern (FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuereinheiten oder anderen Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten.
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst sind. Die in der Patentbeschreibung verwendeten Worte sind vielmehr Worte zur Beschreibung als zur Begrenzung und selbstverständlich können verschiedene Änderungen durchgeführt werden, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie vorher beschrieben, können die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder erläutert sein können. Obwohl verschiedene Ausführungsformen als Vorteile schaffend oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften bevorzugt beschrieben worden sein können, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, dass ein oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der speziellen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Vermarktungsfähigkeit, Aussehen, Unterbringung, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, leichte Montage usw. An sich liegen Ausführungsformen, die als weniger erwünscht als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für spezielle Anwendungen erwünscht sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standards des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802 [0026]
IEEE 802.11 [0027]

Claims

Drahtloses Fahrzeugaufladesystem, das Folgendes umfasst: einen Wechselrichter; und mindestens eine Steuereinheit, die dazu programmiert ist, den Wechselrichter zu betreiben, um eine Spannungseingabe in einen Fahrzeugleistungsumsetzer zu steuern, um einen Impedanzphasenwinkel an einem Ausgang des Wechselrichters in Richtung eines vorbestimmten Winkels zu treiben und eine Leistungsanforderung an einem Ausgang des Fahrzeugleistungsumsetzers zu erreichen, und den Fahrzeugleistungsumsetzer zu betreiben, um die Leistungsanforderung zu erreichen.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Winkel so konfiguriert ist, dass ein Nullspannungsumschalten des Wechselrichters erreicht wird.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 1, wobei der Impedanzphasenwinkel eine Phasenwinkeldifferenz zwischen einer Spannung am Ausgang des Wechselrichters und einem Strom am Ausgang des Wechselrichters ist.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Steuereinheit ferner dazu programmiert ist, den Wechselrichter durch Einstellen einer Frequenz einer Spannung am Ausgang des Wechselrichters auf der Basis einer Spannungsreferenz zu betreiben.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 4, wobei die Spannungsreferenz auf der Leistungsanforderung, einer Leistungsausgabe des Fahrzeugleistungsumsetzers, dem Impedanzphasenwinkel und dem vorbestimmten Winkel basiert.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 5, wobei die Spannungsreferenz auf (i) einer Änderungsrate einer gewichteten Summe eines ersten Terms unter Verwendung eines Ausgangsleistungsfehlers und eines zweiten Terms unter Verwendung eines Impedanzphasenwinkelfehlers und (ii) einer Änderungsrate der Spannungsreferenz basiert.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Steuereinheit ferner dazu programmiert ist, den Fahrzeugleistungsumsetzer durch Einstellen eines Tastverhältnisses für eine Schaltvorrichtung zum Koppeln des Spannungseingangs mit einer Last auf der Basis einer Stromeingangsreferenz und der Stromeingabe in den Fahrzeugleistungsumsetzer zu betreiben.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 7, wobei die Stromeingangsreferenz von einer Spannungsreferenz abgeleitet ist, die auf (i) einer Änderungsrate einer gewichteten Summe eines ersten Terms unter Verwendung eines Ausgangsleistungsfehlers und eines zweiten Terms unter Verwendung eines Impedanzphasenwinkelfehlers und (ii) einer Änderungsrate der Spannungsreferenz basiert.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem, das Folgendes umfasst: einen Wechselrichter, der dazu konfiguriert ist, mit einem Fahrzeugleistungsumsetzer induktiv zu koppeln; und mindestens eine Steuereinheit, die dazu programmiert ist, eine Frequenzausgabe des Wechselrichters zu steuern, um eine Spannungseingabe in den Fahrzeugleistungsumsetzer auf der Basis einer Änderungsrate einer Zielfunktion einzustellen, die dazu konfiguriert ist, einen Ausgangsleistungsfehler des Fahrzeugleistungsumsetzers und einen Impedanzphasenwinkelfehler an einem Wechselrichterausgang zu verringern.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine Steuereinheit ferner dazu programmiert ist, die Frequenzausgabe auf der Basis einer Änderungsrate der Spannungseingabe zu steuern.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine Steuereinheit ferner dazu programmiert ist, ein Tastverhältnis zum Umschalten des Fahrzeugleistungsumsetzers auf der Basis einer Leistungsanforderung einer Last, die mit dem Fahrzeugleistungsumsetzer gekoppelt ist, zu ändern.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 9, wobei der Ausgangsleistungsfehler eine Differenz zwischen einer Leistungsanforderung an einem Fahrzeugleistungsumsetzerausgang und einer Leistungsausgabe am Fahrzeugleistungsumsetzerausgang ist und der Impedanzphasenwinkelfehler eine Differenz zwischen einem Referenzimpedanzphasenwinkel und einem gemessenen Impedanzphasenwinkel am Wechselrichterausgang ist.
Drahtloses Fahrzeugaufladesystem nach Anspruch 9, wobei die Zielfunktion eine gewichtete Zielfunktion ist, so dass ein erster Gewichtungswert, der dem Ausgangsleistungsfehler zugeordnet ist, größer ist als ein zweiter Gewichtungswert, der dem Impedanzphasenwinkelfehler zugeordnet ist.
Verfahren zum Steuern einer Fahrzeugaufladung, das Folgendes umfasst: Ändern einer Frequenz an einer Ausgabe eines Wechselrichters durch mindestens eine Steuereinheit, der dazu konfiguriert ist, eine Spannungseingabe in einen induktiv gekoppelten Leistungsumsetzer auf der Basis einer Änderungsrate einer gewichteten Zielfunktion zu erzeugen, die einen Ausgangsleistungsfehler des Leistungsumsetzers und einen Impedanzphasenwinkelfehler am Ausgang des Wechselrichters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Ändern eines Tastverhältnisses zum Umschalten des Leistungsumsetzers auf der Basis einer Stromreferenz für einen Eingangsstrom in den Leistungsumsetzer, der von der Spannungseingabe und einer Leistungsanforderung einer mit dem Leistungsumsetzer gekoppelten Last abgeleitet ist, durch die mindestens eine Steuereinheit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner das Ändern des Tastverhältnisses durch die mindestens eine Steuereinheit umfasst, um einen Fehler zwischen der Stromreferenz und einer Stromeingabe in den Leistungsumsetzer zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Ändern der Frequenz durch die mindestens eine Steuereinheit umfasst, um einen Fehler zwischen der Spannungseingabe und einer Spannungsreferenz zu verringern, der auf einer Änderungsrate der gewichteten Zielfunktion basiert.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner das Ändern der Frequenz auf der Basis einer Änderungsrate der Spannungsreferenz durch die mindestens eine Steuereinheit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner das Inkrementieren der Spannungsreferenz um einen vorbestimmten Betrag in Reaktion darauf, dass ein Vorzeichen der Änderungsrate der gewichteten Zielfunktion anders ist als ein Vorzeichen der Änderungsrate der Spannungsreferenz, durch die mindestens eine Steuereinheit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner das Dekrementieren der Spannungsreferenz um einen vorbestimmten Betrag in Reaktion darauf, dass ein Vorzeichen der Änderungsrate der gewichteten Zielfunktion zu einem Vorzeichen der Änderungsrate der Spannungsreferenz identisch ist, durch die mindestens eine Steuereinheit umfasst.