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用于无线功率转移系统中的参数辨识、负载监控和输出功率控制的方法技术方案

技术编号:14964524 阅读:122 留言:0更新日期:2017-04-02 19:01
公开了一种用于辨识包括n个线圈的无线功率转移(WPT)系统中的阻抗相关参数的方法。所述方法包括:基于测量的输入阻抗组通过应用演化算法以求解最佳解来确定阻抗相关参数的最佳值。其中,测量的输入阻抗组包括输入阻抗向量(=),向量()中的每个输入阻抗在不同频率fk,(k=1,2,…m)下被测量;并且阻抗相关参数包括表示第l个线圈和l+1线圈(l=1,2,…n-1)之间的距离的dll+1和表示连接到第i个线圈(i=1,2,…n)的电容器的电容的Ci。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交叉引用本申请要求于2013年8月6日提交的标题为“MethodsforParameterIdentification,LoadMonitoringandOutputPowerControlforWirelessPowerTransferSystems”的美国临时专利申请序号61/862,627的优先权,其全部内容通过引用被并入本文。
本申请涉及用于无线功率转移系统的输出功率的控制。
技术介绍
基于两个环形谐振器的磁共振和近场耦合的无线功率转移在一个世纪前被NicolaTesla报道。N.Tesla,美国专利1,119,732(1914年12月1日),“Apparatusfortransmittingelectricalenergy”。由Tesla开拓的无线功率转移取决于能量转移机制可以是辐射性的或者是非辐射性的。辐射功率可以由天线发射并且通过介质(诸如真空或空气)以电磁波形式在长距离(即比天线的尺度大许多倍)上传播。然而,由于辐射功率发射的全向性质,功率传输的能量效率非常低。非辐射性无线功率转移依赖于传导回路的近场磁耦合,并且可以分类为短范围和中等范围应用。本文中,词语“中等范围应用”指电源和负载之间的传输距离比线圈-谐振器的尺度要大的情况。应当注意,无线功率转移在ac机器中已被广泛应用,这也是由Tesla开拓的。参见RobertLomas的“Themanwhoinventedthetwentiethcentury–NikolaTesla–ForgottenGeniusofElectricity,”Headline(1999),ISBN0747262659,pp.146。使用笼感应机器作为示例,能量从励磁定子绕组跨气隙转移到转子笼。经由耦合绕组的能量转移是电机器中使用的基本原理。因此,无线功率系统可以通过用于磁耦合电路的电路理论在数学上描述。无线功率转移自从1960年代已是用于医学植入的经皮能量系统的活跃研究课题。参见J.C.Schuder,H.E.Stephenson和J.F.Townsend的“Highlevelelectromagneticenergytransferthroughaclosedchestwall,”IREInt.Conv.Rec.,pt.9,vol.9,pp.119-126,(1961);W.H.Ko,S.P.Liang和C.D.F.Fung的“Designofrf-poweredcoilsforimplantinstruments,”Med.Biol.Eng.Comput.,vol.15,pp.634-640,(1977);E.Hochmair的“Systemoptimizationforimprovedacuracyintranscutaneoussignalandpowertransmission”,IEEETrans.BiomedicalEngineering,vol.BME-31,no.2,pp.177-186,(1984年2月);B.Choi,J.Nho,H.Cha,T.Ahn和S.Choi的“Designandimplementationoflow-profilecontactlessbatterychargerusingplanarprintedcircuitboardwindingsasenergytransferdevice,”IEEETrans.IndustrialElectronics,vol.51,no.1,pp.140-147,(2004年2月);以及Y.Jang和M.M.Jovanovic的“Acontactlesselectricalenergytransmissionsystemforportable-telephonebatterychargers”,IEEETrans.IndustrialElectronics,vol.50,no.3,pp.520–527,(2003年6月)。该研究自从1970年代也涉及感应加热器。参见W.G.Hurley和J.Kassakian的“Inductionheatingofcircularferromagneticplates”,IEEETrans.Magnetics,vol.15,no.4,pp.1174-1181,(1979年7月)。对于现代的短范围应用,感应功率转移(IPT)系统自从1990年代已吸引了很多关注。A.W.Green和J.T.Boys的“10kHzinductivelycoupledpowertransfer-conceptandcontrol,”Proc.ICPE-VSD,(1994),pp.694–699;J.T.Boys,G.A.Covic和A.W.Green的“Stabilityandcontrolofinductivelycoupledpowertransfersystems”,Proc.ElectricPowerApplications,(2000),vol.147,no.1,pp.37–43;J.T.Boys,A.P.Hu和G.A.Covic的“CriticalQanalysisofacurrent-fedresonantconverterforICPTapplications,”ElectronicsLetters,vol.36,no.17,pp.1440–1442,(2000);G.A.J.Elliott,G.A.Covic,D.Kacprzak和J.T.Boys的“ANewConcept:AsymmetricalPick-UpsforInductivelyCoupledPowerTransferMonorailSystems,”IEEETrans.Magnetics,vol.42,no.10,pp.3389–3391,(2006);以及M.L.G.Kissin,J.T.Boys和G.A.Covic的“InterphaseMutualInductanceinPolyphaseInductivePowerTransferSystems,”IEEETrans.IndustrialElectronics,vol.56,no.7,pp.2393–2400,(2009)。用于便携式设备诸如移动电话的无线充电系统自从2000年代已吸引很多关注。B.Choi,J.Nho,H.Cha,T.Ahn和S.Choi的“Designandimplementationoflow-profilecontactlessbatterychargerusingplanarprintedcircuitboardwindingsasenergytra本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于辨识包括n个线圈的无线功率转移(WPT)系统中的阻抗相关参数的方法,包括:基于测量的输入阻抗组通过应用演化算法以求解最佳解来确定阻抗相关参数的最佳值,其中,测量的输入阻抗组包括输入阻抗向量=,向量()中的每个输入阻抗在不同频率fk,(k=1, 2, … m)下被测量;以及阻抗相关参数包括表示第l个线圈和l+1线圈(l= 1, 2, … n‑1)之间的距离的dll+1和表示连接到第i个线圈(i=1, 2, … n)的电容器的电容的Ci。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.06 US 61/8626271.一种用于辨识包括n个线圈的无线功率转移(WPT)系统中的阻抗相关参数的方法,包
括:
基于测量的输入阻抗组通过应用演化算法以求解最佳解来确定阻抗相关参数的最佳
值,
其中,测量的输入阻抗组包括输入阻抗向量=,向量()中的每
个输入阻抗在不同频率fk,(k=1,2,…m)下被测量;以及
阻抗相关参数包括表示第l个线圈和l+1线圈(l=1,2,…n-1)之间的距离的dll+1和
表示连接到第i个线圈(i=1,2,…n)的电容器的电容的Ci。
2.根据权利要求1所述的用于辨识阻抗相关参数的方法,其中,输入阻抗向量在实验上
被测量。
3.根据权利要求1所述的用于辨识阻抗相关参数的方法,其中,n是以下值中的一个:3、
8和4。
4.根据权利要求1所述的用于辨识阻抗相关参数的方法,其中,WPT系统是以下中的一
个:多米诺WPT系统或具有多于两个线圈的WPT系统的任何其它结构。
5.根据权利要求1所述的用于辨识阻抗相关参数的方法,其中,用于WPT系统的负载与
连接到第n个线圈的电容器串联或并联连接。
6.根据权利要求1所述的用于辨识阻抗相关参数的方法,其中,由演化算法求解的最佳
解如下:
其中,Rload是表示WPT系统的负载的电阻的预定值,
并且和是测量的输入阻抗的幅值和角度值,且和是处于频率fk(k=1,2,
…m)的输入阻抗的仿真的幅值和角度值。
7.一种用于监控包括n个线圈的无线功率转移(WPT)系统中的负载ZL的方法,包括:
感测n个线圈的传输器线圈的输入电压U1和输入电流I1;
基于感测的输入电压U1和感测的输入电流I1,确定测量的输入阻抗组;
根据权利要求1-6中任一项所述的方法,辨识阻抗相关参数;以及
只基于所述感测的输入电压U1、感测的输入电流I1和辨识的阻抗相关参数,确定负载。
8.根据权利要求7所述的用于监控负载的方法,还包括:
通过等式计算负载ZL,其中,In表示所述WPT系统的输出电流;以及
通过使用感测的输入电压...

【专利技术属性】
技术研发人员:许树源林德焱尹健李志群
申请(专利权)人:香港大学
类型:发明
国别省市:中国香港;81

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