[發明專利]用于雙向感應電能傳輸系統的負載控制

有效

• 申請號: 201710591343.3
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN107472056B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）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）人: 奧克蘭聯合服務有限公司
• 主分類號: B60L53/126
• 分類號: B60L53/126;H02J50/12;H02J50/90;H04B5/00;B60L53/12;H02M7/797;B60L53/63;H02J7/02;B60L55/00;H02J5/00;B60L53/65;H02J50/10
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立;高為華

一種在感應電能傳輸(IPT)系統的初級側功率轉換器(1)中使用的控制方法。對從初級側到一個或更多個次級拾波側器的功率傳輸進行監測，并且與被監測的功率傳輸和初級側功率轉換器的功率容量之間的差值成比例地改變該初級側功率轉換器(1)的工作頻率。能夠通過該拾波器或每個拾波器(2)對頻率變化進行感測以調節該功率傳輸并防止出現過載。

本申請是以下申請的分案申請：申請日：2012年6月27日；申請號：201280030503.2；發明名稱“用于雙向感應電能傳輸系統的負載控制”。

技術領域

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

背景技術

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

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

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

通常情況下，初級側上用作逆變器的轉換器和拾波側上的簡單開關模式調節器足以控制單向IPT系統中的功率流，因為僅控制初級側電源功率。

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

然而，與單向系統相比，必須使用更加先進的控制策略來調節雙向IPT系統的功率流。

與單向IPT系統相反，雙向IPT系統的初級側和拾波側必須被配置成用于用作源或匯點。因此，根據功率流的方向，系統的兩側上都需要完全相同或相似的轉換器拓撲結構以促進AC-DC或DC-AC功率轉換。

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

通常使用專用的控制器，通過轉換器產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滿足來自一側的功率需求。

并聯補償的IPT系統中使用的轉換器自然地起到電流源的作用。在這種系統中，將純源化側的操作限制到其最大或額定功率水平一直是個挑戰，尤其是當拾波側需求超過純源化轉換器的功率處理容量時。最明顯的例子出現在當兩側之間的磁性耦合增加或者采集到將由單個初級轉換器供應變化的功率需求，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先排列也能視為是一個挑戰。

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供給的功率。但本策略將不適合多拾波器IPT系統，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系統在相對高品質因數下操作，產生更多的循環能量并且使得系統更容易受到組件公差的影響。