松耦合变压器的参数估计制造技术

本公开涉及松耦合变压器的参数估计。一种参数估计系统包括被配置为被松散地感应耦合到第二线圈的第一线圈。控制器被配置为输出第一线圈和第二线圈的参数。所述控制器被配置为：基于仅来自第一线圈或第二线圈的电压测量值和电流测量值来估计所述参数。所述电压测量值和电流测量值可被用在卡尔曼滤波器中。在一些配置中，所述控制器还被配置为命令第二线圈的端子之间的短路并且将测试电压施加到第一线圈。第一线圈可以是车辆充电站的一部分，第二线圈可以是车辆的一部分。所述参数可被用于控制车辆的充电。

Parameter estimation of loosely coupled transformer

The present disclosure relates to parameter estimation of loosely coupled transformers. A parameter estimation system includes a first coil configured to be loosely inductively coupled to the second coil. The controller is configured to output parameters of the first coil and the second coil. The controller is configured to estimate the parameters based on voltage measurement values and current measurement values derived from only the first coil or the second coil. The voltage measurement value and the current measurement value can be used in the Calman filter. In some configurations, the controller is also configured to command a short circuit between the terminals of the second coil and to apply the test voltage to the first coil. The first coil may be part of the vehicle charging station, and the second coil may be part of the vehicle. The parameters can be used to control the charging of the vehicle.

【技术实现步骤摘要】
松耦合变压器的参数估计
本申请总体上涉及用于估计松耦合变压器的参数的参数估计系统。
技术介绍
松耦合(分流)变压器已经在现有技术中被用在许多设置和应用中。例如，当电力被供应给各种类型的负载时或者在感应无线电力传输应用中用于控制电流。与紧耦合的标准变压器相比，松耦合变压器具有更高的漏磁电抗并且其耦合系数低于标准变压器。松耦合变压器在初级线圈和次级线圈之间具有空气间隙。一般说来，E型磁芯或多腿(multi-legged)磁芯与空气间隔开的腿部(airgappedleg)结合使用。线圈和磁芯的类型和几何形状可以是不同的并且取决于应用。松耦合变压器的特性可影响应用松耦合变压器的系统的性能。根据应用，这些特性(包括初级线圈和次级线圈的自感、初级线圈和次级线圈之间的互感以及初级线圈和次级线圈的ESR(等效串联电阻))对系统性能具有显著的影响。松耦合变压器的示例是包括用于为车辆供电的牵引电池的插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)。车辆可连接到外部电源以对牵引电池进行充电。车辆可支持牵引电池的无线充电。无线充电通过使用充电系统和车辆中的线圈来实现。通过线圈将电力从充电系统感应地传输到车辆。充电线圈的对准可通过插入充电柄(chargehandle)的充电端口来实现。其它系统可依赖于驾驶员来对准充电线圈。例如，充电系统可包括充电站地板中的线圈。车辆可包括在车辆的底面上的线圈，当车辆被定位在充电站中时，该线圈可接近地板线圈。充电的效率可取决于线圈的相对对准。
技术实现思路
一种变压器参数估计系统包括第一线圈，所述第一线圈被配置为：感应耦合到第二线圈，使得表征第一线圈的和第二线圈的参数针对每次耦合而变化。所述系统还包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为：基于仅来自第一线圈的电压测量值和电流测量值输出所述参数的估计值，以减小测量的第一线圈电流和估计的第一线圈电流之间的误差。所述至少一个控制器还可被配置为：命令将第二线圈的端子短路并且将测试电压施加到第一线圈。所述至少一个控制器还可被配置为：执行所述命令和所述施加持续预定的持续时间。所述至少一个控制器还可被配置为：基于卡尔曼滤波器输出所述参数的估计值，所述卡尔曼滤波器被配置为：使用所述电压测量值和电流测量值来更新所述参数的估计值，以减小测量的第一线圈电流和根据由所述参数定义的模型导出的估计的第一线圈电流之间的误差。所述参数可包括第一线圈和第二线圈之间的互感。所述参数可包括第一线圈的电阻和第一线圈的自感。所述参数可包括第二线圈的自感和第二线圈的电阻。一种车辆充电系统包括发射线圈和至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为：响应于检测到车辆的接收线圈接近发射线圈，命令接收线圈的端子之间的短路，将测试电压施加到发射线圈，并且基于仅来自发射线圈的电压测量值和电流测量值来输出发射线圈和接收线圈的参数。所述至少一个控制器还可被配置为：基于所述参数来选择连接到发射线圈的可选择的阻抗网络的阻抗值，以增加从发射线圈传输到接收线圈的能量。所述至少一个控制器还可被配置为：基于所述参数来选择连接到接收线圈的可选择的阻抗网络的阻抗值，以增加从发射线圈传输到接收线圈的能量。所述参数可包括发射线圈和接收线圈之间的互感。所述参数可包括发射线圈的电阻和发射线圈的自感。所述参数可包括接收线圈的自感和接收线圈的电阻。所述至少一个控制器还可被配置为：基于所述互感，命令连接到发射线圈的定位机构。所述测试电压可以是具有小于标称充电电压的幅值的方波。所述至少一个控制器还可被配置为：基于卡尔曼滤波器输出所述参数的估计值，所述卡尔曼滤波器被配置为：使用所述电压测量值和电流测量值来更新所述参数的估计值，以减小测量的发射线圈电流和根据由所述参数定义的模型导出的估计的发射线圈电流之间的误差。一种方法包括：由控制器命令第一线圈的端子之间的短路。所述方法还包括：将测试电压施加到与第一线圈松耦合的第二线圈。所述方法还包括：由控制器基于仅来自第二线圈的电压测量值和电流测量值输出第一线圈和第二线圈的参数的估计值，以减小测量的第二线圈电流和估计的第二线圈电流之间的误差。所述参数的估计值可包括第一线圈的自感和第二线圈的自感。所述方法还可包括：使用卡尔曼滤波器对所述电压测量值和电流测量值进行滤波，所述卡尔曼滤波器被配置为：使用所述电压测量值和电流测量值来更新所述参数的估计值，以减小测量的第二线圈电流和根据由所述参数定义的模型导出的估计的第二线圈电流之间的误差。所述测试电压可被施加持续预定的持续时间。附图说明图1是电气化车辆的示例配置。图2是车辆充电系统和模型的示例配置。图3是描绘用于车辆充电系统的操作的示例流程图。具体实施方式在此描述了本公开的实施例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅是示例，并且其它实施例可以采用各种和替代形式。附图无需按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种方式利用本专利技术的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，可期望将与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型用于特定的应用或实施方式。形成变压器的松耦合线圈存在于各种系统和应用中。在松耦合变压器中，第一线圈可充当初级线圈，第二线圈可充当次级线圈。施加到第一线圈的交流电压或交流电在第二线圈中感应出电压和电流。松耦合线圈的问题在于：每次线圈耦合时，线圈的相对定位可能会变化。相对定位的变化使得松耦合变压器的参数变化。参数的变化影响在次级线圈中感应出的电压和电流。为了提高松耦合变压器的性能，准确地获知参数是有益的。变压器参数估计系统可提供对参数的估计，使得性能可得到提高。尽管存在许多变压器参数估计系统的应用，但是这些概念可通过检查车辆的无线充电系统来进行理解。注意，变压器参数估计系统并不仅限于车辆充电应用。图1描绘了通常被称作插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电气化车辆12。典型的插电式混合动力电动车辆12可包括机械地连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14能够作为马达或发电机来运转。此外，混合动力传动装置16机械地连接到发动机18。混合动力传动装置16还机械地连接到驱动轴20，驱动轴20机械地连接到车轮22。电机14可在发动机18开启或关闭时提供推进和减速能力。电机14还充当发电机并且能够通过回收在摩擦制动系统中通常作为热损失掉的能量来提供燃料经济性效益。在特定状况下，通过允许发动机18以更高效的速度运转并允许混合动力电动车辆12在发动机18关闭的情况下以电动模式运转，电机14还可减少车辆排放。电气化车辆12可包括电池电动车辆(BEV)。BEV可不包括发动机18。牵引电池或电池组24存储可由电机14使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压DC输出。牵引电池24电连接到一个或更多个电力电子模块26。一个或更多个接触器42可在断开时使牵引电池24与其它组件隔离，并在闭合时将牵引电池24连接到其它组件。电力电子模块26还电连接到电机14，并且在牵引电池24和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器参数估计系统，包括：第一线圈，被配置为：感应耦合到第二线圈，使得表征第一线圈和第二线圈的参数针对每次耦合而变化；至少一个控制器，被配置为：基于仅来自第一线圈的电压测量值和电流测量值输出所述参数的估计值，以减小测量的第一线圈电流和估计的第一线圈电流之间的误差。

【技术特征摘要】
2015.09.22 US 14/861,6171.一种变压器参数估计系统，包括：第一线圈，被配置为：感应耦合到第二线圈，使得表征第一线圈和第二线圈的参数针对每次耦合而变化；至少一个控制器，被配置为：基于仅来自第一线圈的电压测量值和电流测量值输出所述参数的估计值，以减小测量的第一线圈电流和估计的第一线圈电流之间的误差。2.如权利要求1所述的变压器参数估计系统，其中，所述至少一个控制器还被配置为：命令将第二线圈的端子短路并且将测试电压施加到第一线圈。3.如权利要求2所述的变压器参数估计系统，其中，所述至少一个控制器还被配置为：执行所述命...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨拉·达卓斯，哈迪·马雷克，穆罕默德·艾尔沙伊尔，克里斯托弗·W·贝尔，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US