[發明專利]一種用于實現動態無線恒定功率充電的系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201510654368.4
• 申請日: 2015-10-12
• 公開（公告）號: CN105245025B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 段善旭;趙錦波;蔡濤;豐昊;張曉明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10;H02J7/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春

本發明提供一種用于實現動態無線恒定功率充電的系統電路及其控制方法，系統包括能量發射模塊、能量接收模塊和恒定功率跟蹤控制模塊；能量發射模塊用于將原邊直流電源轉換為高頻交流電能并通過高頻磁場耦合的方式發射；能量接收模塊用于接收電能并供給負載；恒定功率跟蹤控制模塊用于根據實時采集的充電電流獲得參考控制信號，并將整流端口電壓調整為參考控制信號，實現恒定功率跟蹤控制。本發明以副邊的DC/DC變換器輸出直流電流為反饋量，采用基于擾動觀察法的恒定功率跟蹤控制方法，擾動不控整流端直流電壓，使得從原邊到副邊的傳輸電壓增益始終工作在傳輸功率極值點對應的電壓增益點上，從而實時保證系統以恒定功率傳輸電能，保持輸出功率穩定。

技術領域

本發明屬于無線電能傳輸技術領域，涉及用于實現動態無線恒定功率充電的系統及其控制方法，適用于電動汽車的動態無線充電應用場合。

背景技術

近年來，無線電能傳輸技術(Wireless Power Transmission，WPT)取得了飛速發展，特別是磁耦合方式的無線輸電技術。此方式通過功率收發線圈之間的高頻交變磁場耦合傳遞能量。磁耦合無線輸電技術已經在小功率的便攜式電子設備，例如手機，心臟起搏器等，得到了成功應用。磁耦合無線輸電技術的另一個重要應用場合就是給電動汽車(Electric Vehicle，EV)無線充電。隨著傳輸功率和效率的進一步提高，靜態無線充電有可能在不遠的未來取代傳統的傳導式充電方式。電動汽車在推向市場的過程中遇到動力電池瓶頸帶來的一次充電行駛里程不足和充電難的問題。

為了進一步解決電動汽車動力電池瓶頸，動態無線充電方案被重新提出。早在1970s年代，美國加州大學伯克利分校就做過Roadway Inductively powered EV驗證性項目，但是由于電力電子技術的限制沒有成功。動態無線充電方案如圖2所示：設想在行車道路下鋪設發射線圈鏈，在汽車底盤裝有接收線圈及其接收電路，車載接收線圈依次與路面下的發射線圈作用，通過高頻磁場耦合給行駛中的電動汽車不間斷充電，減少對動力電池的依賴，從而有效延長行駛里程。

動態無線充電應用場合要求WPT系統具有較寬的有效偏移范圍，即保證原副邊功率線圈的互感耦合系數在一定范圍內變化時，傳輸功率不能隨偏移距離變化而大幅度波動，而是要保持穩定傳輸狀態。由于動態無線充電的局域供電特性，同一時刻只有一個發射線圈與車載接收線圈相互耦合作用，其作用時間短暫。因此在此種場合下，其充電要求應與靜態無線充電不同。靜態無線充電需要實現從恒流到恒壓的完整充電過程。而動態無線充電時，車載負荷正在工作，為了保證供給負荷和留有一定儲能余量并且實現經濟效益最大化，動態無線充電系統應時刻以額定傳輸功率工作。原、副邊電路應獨立控制，副邊完成對接收功率的調控，而原邊電源只要求能夠快速啟停并有過流過壓保護，從而簡化系統控制策略。因此在動態無線充電場合需要系統具有抗偏移以及恒定功率動態跟蹤的能力。

然而目前的無線充電系統主要集中在靜態無線充電應用上，系統只能在靜態和原、副邊通信的情況下實現功率穩定傳輸。當在動態無線充電場合中功率接收線圈相對于發射線圈快速移動，有可能出現較大偏移，收發線圈的耦合程度在快速變化。

現有無線充電系統由于其針對收發線圈相對靜止情形設計，因此并不具備對動態偏移的快速響應能力，當收發線圈耦合程度快速變化時，則無論是控制方式還是系統本身都無法及時修正工作點，導致其工作狀態會偏離原來設定點，從而失去自動調節傳輸功率的能力。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種用于實現動態無線恒定功率充電的系統，旨在解決現有技術中由于對動態偏移的快速響應能力不足導致動態無線充電中傳輸功率波動的問題。