[發(fā)明專利]一種基于互感可控的單向無線充電控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110384071.6
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113162165B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王來利;李瑞邦;趙晨旭;裴云慶;張虹
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/12;H02J50/80;H02J50/90;H02M3/335
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明一種基于互感可控的單向無線充電控制方法，包括：系統(tǒng)啟動過程中，互感追蹤控制算法根據(jù)各電量之間的關(guān)系使原邊發(fā)射線圈發(fā)生相應(yīng)水平方向位移，以控制互感達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值；系統(tǒng)啟動完成后，利用充電電壓控制環(huán)路及充電電流控制環(huán)路調(diào)節(jié)一次側(cè)逆變器的移相角，以控制二次側(cè)電池的充電電壓及充電電流；系統(tǒng)運(yùn)行過程中，互感滯環(huán)控制算法根據(jù)逆變器穩(wěn)態(tài)移相占空比，確定當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行工況，使原邊發(fā)射線圈發(fā)生相應(yīng)水平方向位移，以自動尋找高效充電工作點(diǎn)；最優(yōu)工作頻率算法根據(jù)當(dāng)前負(fù)載電阻值計(jì)算出最優(yōu)工作頻率，以控制一次側(cè)逆變器工作頻率等于最優(yōu)工作頻率。本發(fā)明將互感值作為系統(tǒng)運(yùn)行過程中的控制變量之一，增加了系統(tǒng)控制的靈活度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線充電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于互感可控的單向無線充電控制方法。

背景技術(shù)

無線充電技術(shù)是一種安全便捷的電能傳輸方式，具有使用靈活方便、可適應(yīng)惡劣環(huán)境、易于實(shí)現(xiàn)無人化自動供電和移動式供電的優(yōu)點(diǎn)。基于磁耦合諧振式的無線充電技術(shù)具有良好的恒壓恒流輸出特性，能夠較好地滿足距離、效率、功率和安全等方面的需求，正逐漸成為業(yè)界的研究熱點(diǎn)，并且在電動車、消費(fèi)電子和醫(yī)療植入設(shè)備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，在對單向無線充電系統(tǒng)進(jìn)行控制時，有以下幾個需求：

1)穩(wěn)定的充電電壓和充電電流。無線充電系統(tǒng)作為一種電源，需要適配各類負(fù)載所需的恒壓或者恒流充電模式。

2)保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。在無線充電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要將一次側(cè)和二次側(cè)諧振電流、電壓限制在安全工作范圍內(nèi)。

3)最優(yōu)整機(jī)效率。系統(tǒng)需要在不同工況下保持高效運(yùn)行，減小功率損耗，提升熱穩(wěn)定性。

4)較強(qiáng)的抗干擾性能。在實(shí)際使用中，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)需自動地調(diào)節(jié)控制變量，實(shí)現(xiàn)對充電電壓/充電電流指令的跟蹤。

5)較強(qiáng)的抗偏移性能。充電過程中如果發(fā)生原邊線圈或者副邊線圈的偏移，系統(tǒng)須保證仍然可以對負(fù)載進(jìn)行安全穩(wěn)定且高效的功率傳輸。

現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足：

1)傳統(tǒng)的無線充電系統(tǒng)在啟動前需要人為對準(zhǔn)原、副邊線圈，并且在充電過程中如果發(fā)生原邊線圈或者副邊線圈的偏移無法進(jìn)行自動修正。

2)對于串聯(lián)-串聯(lián)補(bǔ)償(Series-Series,SS)諧振式無線充電系統(tǒng)來說，其輸出特性、輸出功率、整機(jī)效率以及系統(tǒng)運(yùn)行工作點(diǎn)都與耦合機(jī)構(gòu)的互感緊密相關(guān)，傳統(tǒng)無線充電系統(tǒng)只能在固定互感下運(yùn)行，而不能根據(jù)當(dāng)前需求靈活調(diào)節(jié)耦合機(jī)構(gòu)的互感。當(dāng)互感偏小時，一次側(cè)以及二次側(cè)的諧振電流、電壓有效值將增加，系統(tǒng)效率將會降低，安全性下降；當(dāng)互感偏大時，系統(tǒng)的功率輸出能力降低，將無法滿足當(dāng)前負(fù)載充電功率的需求。

3)現(xiàn)有的單向無線充電系統(tǒng)需要對高頻諧振電流進(jìn)行鎖相，以實(shí)現(xiàn)一次側(cè)逆變器所有開關(guān)管的零電壓開通(Zero?Voltage?Switch,ZVS)。目前針對高頻諧振電流的鎖相方法需要復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)以及控制算法，增加了系統(tǒng)和控制的復(fù)雜度，并且鎖相精度受電路噪聲影響較大，可靠性和魯棒性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出了一種基于互感可控的單向無線充電控制方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的：

一種基于互感可控的單向無線充電控制方法，包括以下步驟：

系統(tǒng)啟動過程中，互感追蹤控制算法根據(jù)各電量之間的關(guān)系使原邊發(fā)射線圈發(fā)生相應(yīng)水平方向位移，以控制耦合機(jī)構(gòu)的互感達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值；

系統(tǒng)啟動完成后，利用充電電壓控制環(huán)路及充電電流控制環(huán)路調(diào)節(jié)一次側(cè)逆變器的移相角，以控制二次側(cè)電池的充電電壓及充電電流；

系統(tǒng)運(yùn)行過程中，互感滯環(huán)控制算法根據(jù)逆變器穩(wěn)態(tài)移相占空比，確定當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行工況，使原邊發(fā)射線圈發(fā)生相應(yīng)水平方向位移，以自動尋找高效充電工作點(diǎn)；