[發(fā)明專利]用于雙向感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的負載控制

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280030503.2
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN103814503B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 烏達亞·庫馬拉·馬達瓦拉;杜樂帕·加雅娜絲·寺里馬維薩那
• 申請（專利權(quán)）人: 奧克蘭聯(lián)合服務(wù)有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J7/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立,高為華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于平衡感應(yīng)電能傳輸（inductive power transfer，IPT）系統(tǒng)中的負載的方法和裝置。本發(fā)明特別適合于雙向多拾波器（pick-up）IPT系統(tǒng)，但還可以用于單向和/或單拾波器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在多種應(yīng)用中熟知并使用感應(yīng)電能傳輸（IPT）系統(tǒng)。IPT技術(shù)提供高效率（典型地，85%至90%）并且能夠在惡劣的環(huán)境中工作而不受污物和水分的影響。

典型的IPT系統(tǒng)由三個主要的組件組成：AC電源；電耦合到該電源的初級導(dǎo)電通路、線圈、或襯墊；以及至少一個電隔離拾波器，在使用中，該拾波器感應(yīng)地與初級繞組耦合以向負載供電。經(jīng)常認為電源和初級繞組包括該IPT系統(tǒng)的初級側(cè)，并且這個或這些拾波器以及相關(guān)的一個或更多個負載包括該系統(tǒng)的次級側(cè)。

傳統(tǒng)上，電源將電耦合到供電網(wǎng)絡(luò)（一般稱為“電網(wǎng)”）并且用于對該初級繞組進行供電，以從電網(wǎng)向這個或這些負載進行非接觸單向功率傳輸。來自交流電或電網(wǎng)電源的轉(zhuǎn)換器對該初級繞組進行供電以在初級繞組中產(chǎn)生高頻AC電流，接著在初級繞組周圍引起生成連續(xù)變化的磁場。通過氣隙與初級繞組分離的所述或每個拾波器包括線圈，根據(jù)法拉第感應(yīng)定律，通過不斷變化的磁通量流過該線圈在該線圈內(nèi)產(chǎn)生電壓，從而實現(xiàn)非接觸功率傳輸。

通常情況下，初級側(cè)上用作逆變器的轉(zhuǎn)換器和拾波側(cè)上的簡單開關(guān)模式調(diào)節(jié)器足以控制單向IPT系統(tǒng)中的功率流，因為僅控制初級側(cè)電源功率。

雙向IPT系統(tǒng)對如電動車輛（EV）和車輛到電網(wǎng)（V2G）系統(tǒng)的應(yīng)用而言是理想的，例如，為了平衡電網(wǎng)上的負載的目的，在這些應(yīng)用中，“非接觸”雙向功率傳輸是令人希望的。

然而，與單向系統(tǒng)相比，必須使用更加先進的控制策略來調(diào)節(jié)雙向IPT系統(tǒng)的功率流。

與單向IPT系統(tǒng)相反，雙向IPT系統(tǒng)的初級側(cè)和拾波側(cè)必須被配置成用于用作源或匯點。因此，根據(jù)功率流的方向，系統(tǒng)的兩側(cè)上都需要完全相同或相似的轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)以促進AC-DC或DC-AC功率轉(zhuǎn)換。

對于任意給定功率水平，為了最小化轉(zhuǎn)換器的VA額定值，通常為初級側(cè)和拾波側(cè)的線圈電感提供并聯(lián)或串聯(lián)補償。因此，雙向IPT系統(tǒng)為更高階的諧振網(wǎng)絡(luò)，并且需要更加先進和魯棒的控制。

通常使用專用的控制器，通過轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓的相對相位或者幅值控制來對功率流的量和方向進行控制。然而，魯棒性機制是必不可少的，以保證在不超過其功率額定值的情況下通過供電側(cè)滿足來自一側(cè)的功率需求。

并聯(lián)補償?shù)腎PT系統(tǒng)中使用的轉(zhuǎn)換器自然地起到電流源的作用。在這種系統(tǒng)中，將純源化側(cè)的操作限制到其最大或額定功率水平一直是個挑戰(zhàn)，尤其是當拾波側(cè)需求超過純源化轉(zhuǎn)換器的功率處理容量時。最明顯的例子出現(xiàn)在當兩側(cè)之間的磁性耦合增加或者采集到將由單個初級轉(zhuǎn)換器供應(yīng)變化的功率需求，如在充電隔間（charging bay）處給電動車輛（EV）充電的情況下。此外，對于任何給定的輸入功率，多個拾波器之間的功率傳送的共享和優(yōu)先排列也能視為是一個挑戰(zhàn)。

檢測過多功率需求量時，能夠通過較少初級線圈或降低軌道電流來限制初級側(cè)供給的功率。但本策略將不適合多拾波器IPT系統(tǒng)，因為其將功率傳送分讓于其他拾波器。此外，使用較低軌道電流的單拾波器IPT系統(tǒng)在相對高品質(zhì)因數(shù)下操作，產(chǎn)生更多的循環(huán)能量并且使得系統(tǒng)更容易受到組件公差的影響。

一種替代解決方案是在初級側(cè)和該或每個拾波器之間使用專用的無線通信接口。然后通過無線接口能夠?qū)⒊跫壍淖畲蠊β嗜萘恐欣^到多個拾波器，這要求必須限制功率進量。然而，就組件數(shù)量和復(fù)雜性而言，這種無線接口顯然很昂貴，因為其需要額外的硬件和軟件。

因此本發(fā)明的一個目標是提供一種方法和/或裝置，該方法和/或裝置克服或改善現(xiàn)有技術(shù)的一個或更多個問題或者至少為公眾提供了一個有用的選擇。

本發(fā)明的進一步的目標將從以下說明中而變得明顯。

發(fā)明內(nèi)容

在第一方面，可以廣義上認為本發(fā)明在于一種在具有一個初級側(cè)和一個次級側(cè)的感應(yīng)電能傳輸（IPT）系統(tǒng)中使用的負載控制方法，其中，該方法包括以下步驟：

在初級側(cè)感測初級側(cè)和次級側(cè)之間的功率傳輸；

相對于一個調(diào)諧頻率，與功率傳輸和初級側(cè)的功率容量之間的差值成比例地改變初級側(cè)的轉(zhuǎn)換器的工作頻率；

在次級側(cè)感測工作頻率的所述改變；以及

在次級側(cè)，與該工作頻率的所述改變成比例地調(diào)節(jié)所述功率傳輸，以便不超過初級側(cè)的功率容量。

優(yōu)選地，改變工作頻率的步驟包括在多個增量階躍中改變工作頻率。