[發明專利]一種提高無線充電系統偏移容忍度的控制方法

有效

• 申請號: 201510324723.1
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN104953722B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 郭彥杰;王麗芳;李芳;朱慶偉;陶成軒;廖承林;張俊智
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J50/00
• 分類號: H02J50/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

1.一種提高無線充電系統偏移容忍度的控制方法，應用所述提高無線充電系統偏移容忍度的控制方法的無線充電系統包括系統電源(201)、逆變器(202)、無線能量傳輸線圈及其阻抗匹配電路(203)、整流器(204)、系統負載(205)、以及系統控制器(206)；所述逆變器(202)的輸入端與系統電源(201)相連，逆變器(202)的輸出端與無線能量傳輸線圈及其阻抗匹配電路(203)相連，整流器(204)的輸入端與無線能量傳輸線圈及其阻抗匹配電路(203)相連，整流器(204)的輸出端連接系統負載(205)；系統控制器(206)與逆變器(202)連接，通過改變逆變器(202)中電力電子器件的開關頻率對所述的無線充電系統進行控制；

其特征在于所述的提高無線充電系統偏移容忍度的控制方法通過計算求得無線能量傳輸線圈偏移情況下的最優控制頻率，使無線充電系統在偏移情況下保持較高的效率，以提高偏移容忍度，所述的控制方法包含以下步驟：

步驟A、建立包含系統電源(201)、逆變器(202)、無線能量傳輸線圈及其阻抗匹配電路(203)、整流器(204)和系統負載(205)的無線充電系統模型；建立無線充電系統模型過程中，將所述的系統電源(201)和逆變器(202)綜合考慮作為無線充電系統模型的源U_S；并將所述的整流器(204)和系統負載(205)綜合考慮作為無線充電系統模型的負載Z_L；根據不同線圈結構和阻抗匹配電路結構，以集總參數的方式描述無線能量傳輸線圈的自電感、互電感、雜散電阻，以及阻抗匹配電路中的電感、電容和雜散電阻；所述的無線充電系統模型能夠表示不規則線圈形狀、線圈間距離的偏差、線圈周圍不規則的導體和絕緣體、以及趨膚效應、臨近效應帶來的影響；

步驟B、測量在無線能量傳輸線圈對準和偏移情況下的無線充電系統模型參數；在無線能量傳輸線圈偏移的情況下，每隔固定的偏移距離選取測量點，測量無線能量傳輸線圈之間的互電感值；

步驟C、根據無線充電系統模型求得系統效率的表達式；系統效率表達式的求解過程為：根據建立的無線充電系統模型，在每個偏移測量點上，得到系統效率η與控制頻率f之間的函數關系η(f)；具體過程如下：首先根據無線充電系統模型列出系統電壓、電流之間的函數關系；然后求得系統輸入電流和輸出電流的表達式，進而得到系統輸入有功功率和輸出有功功率的表達式；再通過輸出有功功率除以輸入有功功率求出系統效率的表達式；最后將無線能量傳輸線圈對準和偏移情況下測量得到的無線充電系統模型參數代入系統效率的表達式，得到在每個偏移測量點上，系統效率η與控制頻率f之間的函數關系η(f)；

步驟D、利用系統效率表達式求解在無線能量傳輸線圈偏移情況下的最優控制頻率；最優控制頻率的計算過程如下：首先將無線充電系統在無線能量傳輸線圈對準情況下的效率作為參考效率η_ref；然后通過方程η(f)＝η_ref是否有解來判斷在每個偏移測量點上，無線充電系統是否還能夠達到參考效率η_ref；如果方程有解，則以方程的解作為該偏移測量點處的最優控制頻率；如果方程無解，則通過求解系統效率的導數方程dη(f)/df＝0得到最優控制頻率；

步驟E、將求得的不同偏移情況下的最優控制頻率進行擬合，根據方程η(f)＝η_ref是否有解的兩種情況，將每個偏移測量點上的最優控制頻率擬合為整個偏移范圍內無線充電系統最優控制頻率f_opt與偏移距離d之間的函數關系f_opt(d)，并將該函數關系作為頻率控制曲線；

步驟F、將最優控制頻率與偏移距離的函數關系f_opt(d)描述的頻率控制曲線通過編程的方式寫入系統控制器(206)中，對無線充電系統進行控制，提高無線充電系統偏移容忍度。