一种非接触感应电能传输控制装置及其方法制造方法及图纸

一种非接触感应电能传输控制装置，包括原边部分和副边部分，其特征在于：所述原边部分为电容串联，所述副边部分为电容并联，所述原边和副边两侧分别设有两个闭环回路，每一个闭环回路中设计一个独立控制器，同时控制原边谐振电流和副边输出电压。本发明专利技术的优点在于可以同时动态控制ICPT系统原边谐振电流和副边输出电压，保证系统在负载扰动的情况下电能稳定传输；原边、副边控制电路独立设计，在原边、副边之间不需要进行信号交流。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触感应电能传输控制装置及其方法
本专利技术涉及非接触感应电能传输领域，具体为ICPT系统的一种非接触感应电能传输控制装置，也涉及一种非接触感应电能传输控制方法。
技术介绍
非接触感应电能传输(Inductivelycoupledpowertransfer,ICPT)是一种借助电磁感应原理来实现的新型电能传输技术。这种技术摆脱了传统电气接触方式，克服了传统电气接触式供电方式在高温、高湿、高腐蚀等恶劣环境下的弊端。非接触感应电能传输技术对传输设备的相对位置有严格要求，尤其在电动汽车的充电应用中，若电动汽车充电时发生相对位置变化，系统的耦合系数将受较大影响，从而导致输出电压变化，同时也影响原边谐振电流的稳定性，无法保证系统能量的稳定传输。而且当负载动态变化时，在原边产生的反射阻抗也会随之变化并对原边谐振电流及副边输出电压产生较大影响，无法保证系统电能的稳定传输，也不利于副边能量的稳定拾取。针对这类问题，国内外学者提出了多种控制方法，包括解耦法、恒流分段控制法、电容动态切换法、原边主动控制法等。但这些方法都没有对原边谐振电流和副边输出电压同时进行动态控制。
技术实现思路
本申请的目的在于提供同时控制非接触感应电能传输系统中原边谐振电流和副边输出电压的一种综合控制装置及其方法，以解决负载动态变化时引起的电能传输不稳定的问题。本专利技术的目的是这样实现的:一种非接触感应电能传输控制装置，包括原边部分和副边部分，其特征在于：所述原边部分为电容串联，所述副边部分为电容并联，所述原边和副边两侧分别设有两个闭环回路，每一个闭环回路中设计一个独立控制器，同时控制原边谐振电流和副边输出电压。进一步，所述原边部分由直流电压源Udc(1)、高频逆变环节和原边谐振网络组成。进一步，所述高频逆变环节由四个全控型开关管及其反并联二极管一(2)、反并联二极管二(3)、反并联二极管三(4)和反并联二极管四(5)组成，所述高频逆变环节将直流输入电压转换成高频方波电压输出到原边谐振网络。进一步，所述原边谐振网络由补偿电容C1(7)与原边线圈电感L1(8)串联构成，其作用在于将高频方波电压转换成高频正弦谐振电流，并在原边线圈(8)周围产生高频磁场。进一步，所述副边部分包括副边并联谐振网络、不可控整流桥(11)、升压控制网络及负载RL(16),通过原、副边线圈之间的耦合，副边线圈电感L2(9)上产生感应电动势，并通过副边并联谐振网络实现谐振。进一步，所述副边谐振网络由补偿电容C2(10)和副边线圈电感L2(9)并联组成。进一步，所述不可控整流桥(11)用于高频交流信号的整流，所述升压控制网络由滤波电感Lf(12)、滤波电容Cf(15)、二极管(14)和全控型开关管S(13)组成。进而，本专利技术还提供一种基于上述装置的控制方法，其特征在于：所述原边闭合回路的实现步骤：1)、通过电流互感器(6)检测原边谐振电流；2)、通过信号处理模块(23)计算谐振电流的有效值；3)、将得到的谐振电流有效值和谐振电流有效值期望值在原边比较器(22)中进行比较得到谐振电流误差；4)、将谐振电流误差作为输入信号输入到原边控制器(21)；5)、原边控制器(21)输出信号通过原边限幅器(20)控制输出移相角，作为输入信号输入相位调制模块(19)；6)、相位调制模块(19)产生高频逆变电路的门控信号，作为输入信号输入原边驱动器(18)控制高频逆变电路，进而控制原边输入电压；7)、通过控制原边输入电压控制原边谐振电流。进一步，所述副边闭合回路的实现步骤：1)、通过电压互感器(17)检测副边输出电压；2)、将得到的输出电压和输出电压期望值在副边限幅器(26)中进行比较得到输出电压误差；3)、将输出电压误差作为输入信号输入到副边控制器(27)；4)、副边控制器(27)输出信号通过副边限幅器(26)控制输出占空比，作为输入信号输入占空比调制模块(25)；5)、占空比调制模块(25)产生升压斩波电路的开关信号，作为输入信号输入副边驱动器(24)控制升压斩波电路开关管(13)的导通与断开；6)、通过控制升压斩波电路开关管(13)的导通与断开控制副边输出电压。进一步，所述原边、副边控制器具体为原边PID控制器(21)、副边PID控制器(27)。进一步，所述原边PID控制器(21)的参数为KP＝0.0002，KI＝3，KD＝0.0003；副边PID控制器(27)的参数为KP＝0.0165，KI＝3.9，KD＝0.001，所述原边谐振电流有效值期望值iref＝41A，副边输出电压期望值uref＝70V。进一步，所述原边闭合回路是通过如下步骤实现的：1)、通过电流互感器(6)检测原边谐振电流ip(t)；2)、通过信号处理模块(23)计算谐振电流的有效值3)、将得到的谐振电流有效值Ip和谐振电流有效值期望值iref在原边比较器(22)中进行比较得到谐振电流误差e1＝iref-Ip；4)、将谐振电流误差e1作为输入信号输入到原边PID控制器(21)；5)、原边PID控制器(21)的输出信号通过原边限幅器(20)控制输出移相角α，α作为输入信号输入相位调制模块(19)；6)、相位调制模块(19)产生高频逆变电路的门控信号，作为输入信号输入原边驱动器(18)控制高频逆变电路，进而控制原边输入电压；7)、通过控制原边输入电压控制原边谐振电流ip。进一步，所述副边闭合回路是通过如下步骤实现的：1)、通过电压互感器(17)检测副边输出电压uo；2)、将得到的输出电压uo和输出电压期望值uref在副边比较器(28)中进行比较得到输出电压误差e2＝uref-uo；3)、将输出电压误差e2作为输入信号输入到副边PID控制器(27)；4)、副边PID控制器(27)的输出信号通过副边限幅器(26)控制输出占空比d，作为输入信号输入占空比调制模块(25)；5)、占空比调制模块(25)产生升压斩波电路开关管的开关信号，作为输入信号输入副边驱动器(24)控制升压斩波电路开关管(13)的导通与断开；6)、通过控制升压斩波电路开关管(13)的导通与断开控制副边输出电压。本专利技术的优点是：同时设计原边、副边控制器，可以同时控制ICPT系统原边谐振电流和副边输出电压，保证ICPT系统在负载扰动的情况下电能稳定传输；原边、副边控制电路独立设计，不需要在原边、副边之间进行信号交流。附图说明图1：本专利技术的控制原理图。图2：本专利技术控制原理图实施例。图中标号：S1、S2、S3、S4——高频逆变电路绝缘栅双极晶体管，S——升压斩波电路开关管，C1——原边补偿电容，C2——副边补偿电容，Cf——升压斩波电路滤波电容，L1——原边电磁耦合线圈电感，L2——副边电磁耦合线圈电感，Lf——升压斩波电路滤波电感，RL——负载等效电阻，Udc——直流输入电源，uref——副边输出电压期望值，M——原边、副边电磁耦合线圈互感系数，iref——原边谐振电流峰值期望值，α——移相角，d——占空比，e1——原边谐振电流误差，e2——副边输出电压误差。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示为S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触感应电能传输控制装置，包括原边部分和副边部分，其特征在于：所述原边部分为电容串联，所述副边部分为电容并联，所述原边和副边两侧分别设有两个闭环回路，每一个闭环回路中设计一个独立控制器，同时控制原边谐振电流和副边输出电压。

【技术特征摘要】
1.一种非接触感应电能传输控制装置，包括原边部分和副边部分，其特征在于：所述原边部分为电容串联，所述副边部分为电容并联，所述原边和副边两侧设有两个闭环回路，每一个闭环回路中设计一个独立控制器，同时控制原边谐振电流和副边输出电压，所述原边部分由直流电压源Udc(1)、高频逆变环节和原边谐振网络组成，所述高频逆变环节由四个全控型开关管及其反并联二极管一(2)、反并联二极管二(3)、反并联二极管三(4)和反并联二极管四(5)组成，所述高频逆变环节将直流输入电压转换成高频方波电压输出到原边谐振网络，所述原边谐振网络由补偿电容C1(7)与原边线圈(8)串联构成，其作用在于将高频方波电压转换成高频正弦谐振电流，并在原边线圈(8)周围产生高频磁场，所述副边部分包括副边并联谐振网络、不可控整流桥(11)、升压控制网络及负载RL(16),通过原、副边线圈之间的耦合，副边线圈(9)上产生感应电动势，并通过副边并联谐振网络实现谐振，所述副边并联谐振网络由补偿电容C2(10)和副边线圈(9)并联组成，所述不可控整流桥(11)用于高频交流信号的整流，所述升压控制网络由滤波电感Lf(12)、滤波电容Cf(15)、二极管(14)和全控型开关管S(13)组成。2.一种使用权利要求1所述的非接触感应电能传输控制装置的控制方法，其特征在于：所述原边闭合回路的实现步骤：1)、通过电流互感器(6)检测原边谐振电流；2)、通过信号处理模块(23)计算谐振电流的有效值；3)、将得到的谐振电流有效值和谐振电流有效值期望值在原边比较器(22)中进行比较得到谐振电流误差；4)、将谐振电流误差作为输入信号输入到原边控制器(21)；5)、原边控制器(21)输出信号通过原边限幅器(20)控制输出移相角，作为输入信号输入相位调制模块(19)；6)、相位调制模块(19)产生高频逆变电路的门控信号，作为输入信号输入原边驱动器(18)控制高频逆变电路，进而控制原边输入电压；7)、通过控制原边输入电压控制原边谐振电流。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述副边闭合回路的实现步骤：1)、通过电压互感器(17)检测副边输出电压；2)、将得到的输出电压和输出电压期望值在副边限幅器(26)中进行比较得到输出电压误差；3)、将输出电压误差作为输入信号输入到副边控...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁小芳，向永忠，
申请(专利权)人：湖南大学，袁小芳，
类型：发明
国别省市：湖南;43