具有无线控制系统的无线电池充电器技术方案

一种无线充电系统(10)以及一种对所述无线充电系统(10)进行操作的方法(100)，其中，来自系统(10)的远程部分的操作参数被无线发送到控制交流电源(16)的输出电压的系统控制器。系统控制器(42)执行自适应模型控制算法，所述算法允许系统控制器(42)以与来自系统(10)的远程部分的操作参数的传输速率相比较高的速率更新输出电压。

Radio Battery Charger with Wireless Control System

A wireless charging system (10) and a method (100) for operating the wireless charging system (10) in which the operating parameters from the remote part of the system (10) are wirelessly transmitted to the system controller controlling the output voltage of the AC power supply (16). The system controller (42) executes an adaptive model control algorithm, which allows the system controller (42) to update the output voltage at a higher rate than the transmission rate of the operation parameters from the remote part of the system (10).

【技术实现步骤摘要】
具有无线控制系统的无线电池充电器相关申请的交叉引用本申请要求享有于2017年5月8日提交的编号为15/588,767的美国专利申请的权益，其全部公开内容通过引用方式并入本文。
本专利技术涉及无线电池充电器，尤其涉及具有将电池充电数据从电池无线发送到充电器以控制电池充电过程的控制系统的无线电池充电器。
技术介绍
已知诸如用于无线充电的那些无线电功率传输系统并入第一线圈结构(在下文中被称为源线圈)，所述第一线圈结构包括调谐谐振电路，所述调谐谐振电路被配置为将来自电源的交流电能转换成磁场并且经由磁场将磁能传输到间隔开的第二线圈结构(在下文中被称为捕获线圈)。捕获线圈还包括调谐谐振电路，所述调谐谐振电路被配置用于接收磁场并将磁场转换成供应至电负载(例如，电池组或马达)的电能。这样的无线功率传输系统可以用于对诸如电动车辆或混合动力电动车辆的电池组之类的能量存储设备进行充电。在这样的系统中，源线圈可以位于车辆下方的表面上或嵌入到所述表面中，例如，车库的地板或停车场的表面，并且捕获线圈可以被设置在车辆的下侧上。由捕获线圈供应的电功率的电流和电压由电源供应到源线圈的电功率的电压来确定。并入捕获线圈电压和电流的反馈的控制系统可以用于控制由电源供应的电功率的电压。为了维持电源与捕获线圈之间的无线连接，通常无线车辆充电系统的操作主要取决于通过无线通信信道操作的反馈回路，所述无线通信信道通常是符合电气和电子工程师协会(IEEE)规范802.11(经常被称为“Wi-Fi”)的无线信道。无线通信导致数据反馈中的“采样”效应。无线信道易受到可变延迟的影响。该延迟(及其对控制回路的不稳定化的影响)的影响限制了用于闭环控制的可能的控制带宽。然后控制系统不对系统中的干扰足够快速地响应以确保可靠的操作。在
技术介绍
部分中讨论的主题不应仅仅因为它在
技术介绍
部分中提到而被假设为现有技术。类似地，在
技术介绍
部分中提到的或与
技术介绍
部分的主题相关的问题不应被假设为以前在现有技术中已被认识到。在
技术介绍
部分中的主题仅仅代表不同的方法，就其本身而言也可以是专利技术。。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供了一种被配置为对能量存储设备进行无线充电的充电系统。所述充电系统包括：被配置为供应具有交流输出电流和交流输出电压的电功率的电源/逆变器、被配置为基于输出电流来确定输出电流值(io)的输出电流传感器以及被配置为基于输出电压来确定输出电压值(vo)的输出电压传感器。充电系统还包括：与电源/逆变器电通信并被配置为生成交变磁场的源线圈、被配置为磁耦合到源线圈从而使捕获线圈捕获电功率的捕获线圈、以及电耦合到捕获线圈和能量存储设备并被配置为提供具有直流电压和直流电流的捕获的电功率的整流器。充电系统还包括：被配置为确定电流命令值(ic)的电池充电控制器；被配置为基于直流电流确定直流电流值(id)的直流电流传感器和被配置为基于直流电压确定直流电压值(vd)的直流电压传感器；被配置为以传输速率发送采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)和采样的直流电流值(ids)的发射机，其中，采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)和采样的直流电流值(ids)是分别从电流命令值(ic)、直流电压值(vd)和直流电流值(id)采样的；以及被配置为无线接收来自发射机的采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)和采样的直流电流值(ids)的接收机。充电系统另外包括与接收机和电源进行电通信的系统控制器。系统控制器被配置为基于输出电流值(io)、输出电压值(vo)、采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)以及采样的直流电流值(ids)来确定电压命令值(vc)。电源被配置为基于电压命令值(vc)来调整输出电压值(vo)。系统控制器确定电压命令值(vc)的速率大于发射机的传输速率。系统控制器根据拉普拉斯变换公式vc＝(ics–ip)*(KP2+KI2/S)基于采样的电流命令值(ics)和预测的电流值(ip)之间的差异来确定电压命令值(vc)。KP1和KP2的值是比例常数并且KI1和KI2的值是积分常数。预测的电流值(ip)根据自适应模型公式ip＝((K1*vo*io)-K0)/vds来确定。随着输出功率(po＝io*vo)的增加，K0的值的变化速率增加并且K1的值的变化速率减小。当输出功率在第一功率范围中时，K0的值的变化速率和K1的值的变化速率可以是固定的。当输出功率处于与第一功率范围相比具有较大的输出功率的第二功率范围中时，K0的值的变化速率和K1的值的变化速率可以是变化的。当输出功率处于与第二功率范围相比具有较大的输出功率的第三功率范围中时，K0的值的变化速率和K1的值的变化速率可以是固定的。当输出功率在第三功率范围中时，K0的值可以是固定的，并且当输出功率处于第一功率范围中时，K0的值的变化速率可以是固定的。当输出功率处于第一功率范围中时，K1的值可以是固定的，并且当输出功率在第三功率范围中时，K1的值的变化速率可以是固定的。由发射机以传输速率周期性地发送采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)和采样的直流电流值(ids)。可以由系统控制器以与发射机周期性地发送采样的电流命令值(ics)的传输速率相比较大的速率来确定预测的电流值(ip)。对采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)和采样的直流电流值(ids)的传输可以由发射机在时间上延迟。根据另一实施例，一种操作被配置为对能量存储设备进行无线充电的充电系统的方法，所述充电系统具有：被配置为以期望的频率供应交流输出电流和交流输出电压的电功率的电源/逆变器、与电源/逆变器电通信并且被配置为生成交变磁场的源线圈、被配置为磁耦合到源线圈从而使捕获线圈捕获电功率的捕获线圈、电耦合到捕获线圈和能量存储设备并且被配置为提供具有直流电压和直流电流的捕获的电功率的整流器、以及与电源/逆变器电通信并且被配置为调整交流输出电压的系统控制器。该方法包括以下步骤：提供被配置为基于输出电流确定输出电流值(io)的输出电流传感器；以及提供被配置为基于输出电压来确定输出电压值(vo)的输出电压传感器；提供被配置为确定电流命令值(ic)的电池充电控制器；提供被配置为基于直流电流来确定直流电流值(id)的直流电流传感器；以及提供被配置为基于直流电压确定直流电压值(vd)的直流电压传感器；对电流命令值(ic)、直流电压值(vd)和直流电流值(id)的值进行采样；提供被配置为以传输速率发送采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)、和采样的直流电流值(ids)的发射机；以及提供被配置为无线接收来自发射机的采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)和采样的直流电流值(ids)的接收机；从发射机向接收机发送采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)和采样的直流电流值(ids)；基于输出电流值(io)、输出电压值(vo)、采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)和采样的直流电流值(ids)经由系统控制器确定电压命令值(vc)，其中，系统控制器确定电压命令值(vc)的速率大于发射机的传输速率；以及基于电压命令值(vc)来调整电源的输出电压值(vo)。电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种充电系统(10)，所述充电系统(10)被配置为对能量存储设备进行无线充电，所述充电系统(10)包括：电源(16)，所述电源(16)被配置为供应具有交流输出电流和交流输出电压的电功率；输出电流传感器(32)和输出电压传感器(34)，所述输出电流传感器(32)被配置为基于输出电流来确定输出电流值(io)，并且所述输出电压传感器(34)被配置为基于输出电压来确定输出电压值(vo)；源线圈(20)，所述源线圈(20)与所述电源(16)电通信并且被配置为生成交变磁场(24)；捕获线圈(22)，所述捕获线圈(22)被配置为磁耦合到所述源线圈(20)，从而使所述捕获线圈(22)捕获所述电功率；整流器(26)，所述整流器(26)电耦合到所述捕获线圈(22)和所述能量存储设备并且被配置为提供具有直流电压和直流电流的捕获的电功率；电池充电控制器(40)，所述电池充电控制器(40)被配置为确定电流命令值(ic)；直流电流传感器(36)和直流电压传感器(38)，所述直流电流传感器(36)被配置为基于所述直流电流来确定直流电流值(id)，并且所述直流电压传感器(38)被配置为基于所述直流电压来确定直流电压值(vd)；发射机(44)，所述发射机(44)被配置为以传输速率发送采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)以及采样的直流电流值(ids)，其中，所述采样的电流命令值(ics)、所述采样的直流电压值(vds)以及直流电流值(ids)分别从所述电流命令值(ic)、直流电压值(vd)以及所述直流电流值(id)中进行采样；接收机(46)，所述接收机(46)被配置为无线接收来自所述发射机(44)的所述采样的电流命令值(ics)、所述采样的直流电压值(vds)以及所述采样的直流电流值(ids)；以及系统控制器(42)，所述系统控制器(42)与所述接收机(46)和所述电源(16)电通信并且被配置为基于所述输出电流值(io)、所述输出电压值(vo)、所述采样的电流命令值(ics)、所述采样的直流电压值(vds)以及所述采样的直流电流值(ids)来确定电压命令值(vc)，其中，所述电源(16)被配置为基于所述电压命令值(vc)来调整所述输出电压值(vo)，并且其中，所述系统控制器(42)确定所述电压命令值(vc)的速率大于所述发射机(44)的所述传输速率，其中，所述系统控制器(42)根据拉普拉斯变换公式vc＝(ics–ip)*(KP2+KI2/S)基于所述采样的电流命令值(ics)和预测的电流值(ip)之间的差异来确定所述电压命令值(vc)，其中，KP1和KP2的值是比例常数并且KI1和KI2的值是积分常数，其中，所述预测的电流值(ip)根据自适应模型公式ip＝((K1*vo*io)‑K0)/vds来确定，其中，随着输出功率(po＝io*vo)的增加，K0的值的变化速率增加并且K1的值的变化速率减小。...

【技术特征摘要】
2017.05.08 US 15/588,7671.一种充电系统(10)，所述充电系统(10)被配置为对能量存储设备进行无线充电，所述充电系统(10)包括：电源(16)，所述电源(16)被配置为供应具有交流输出电流和交流输出电压的电功率；输出电流传感器(32)和输出电压传感器(34)，所述输出电流传感器(32)被配置为基于输出电流来确定输出电流值(io)，并且所述输出电压传感器(34)被配置为基于输出电压来确定输出电压值(vo)；源线圈(20)，所述源线圈(20)与所述电源(16)电通信并且被配置为生成交变磁场(24)；捕获线圈(22)，所述捕获线圈(22)被配置为磁耦合到所述源线圈(20)，从而使所述捕获线圈(22)捕获所述电功率；整流器(26)，所述整流器(26)电耦合到所述捕获线圈(22)和所述能量存储设备并且被配置为提供具有直流电压和直流电流的捕获的电功率；电池充电控制器(40)，所述电池充电控制器(40)被配置为确定电流命令值(ic)；直流电流传感器(36)和直流电压传感器(38)，所述直流电流传感器(36)被配置为基于所述直流电流来确定直流电流值(id)，并且所述直流电压传感器(38)被配置为基于所述直流电压来确定直流电压值(vd)；发射机(44)，所述发射机(44)被配置为以传输速率发送采样的电流命令值(ics)、采样的直流电压值(vds)以及采样的直流电流值(ids)，其中，所述采样的电流命令值(ics)、所述采样的直流电压值(vds)以及直流电流值(ids)分别从所述电流命令值(ic)、直流电压值(vd)以及所述直流电流值(id)中进行采样；接收机(46)，所述接收机(46)被配置为无线接收来自所述发射机(44)的所述采样的电流命令值(ics)、所述采样的直流电压值(vds)以及所述采样的直流电流值(ids)；以及系统控制器(42)，所述系统控制器(42)与所述接收机(46)和所述电源(16)电通信并且被配置为基于所述输出电流值(io)、所述输出电压值(vo)、所述采样的电流命令值(ics)、所述采样的直流电压值(vds)以及所述采样的直流电流值(ids)来确定电压命令值(vc)，其中，所述电源(16)被配置为基于所述电压命令值(vc)来调整所述输出电压值(vo)，并且其中，所述系统控制器(42)确定所述电压命令值(vc)的速率大于所述发射机(44)的所述传输速率，其中，所述系统控制器(42)根据拉普拉斯变换公式vc＝(ics–ip)*(KP2+KI2/S)基于所述采样的电流命令值(ics)和预测的电流值(ip)之间的差异来确定所述电压命令值(vc)，其中，KP1和KP2的值是比例常数并且KI1和KI2的值是积分常数，其中，所述预测的电流值(ip)根据自适应模型公式ip＝((K1*vo*io)-K0)/vds来确定，其中，随着输出功率(po＝io*vo)的增加，K0的值的变化速率增加并且K1的值的变化速率减小。2.根据权利要求1所述的充电系统(10)，其中，当所述输出功率处于第一功率范围中时，K0的所述值的所述变化速率和K1的所述值的所述变化速率是固定的，其中，当所述输出功率处于与所述第一功率范围相比具有较大的输出功率的第二功率范围中时，K0的所述值的所述变化速率和K1的所述值的所述变化速率是变化的，并且其中，当所述输出功率处于与所述第二功率范围相比具有较大的输出功率的第三功率范围中时，K0的所述值的所述变化速率和K1的所述值的所述变化速率是固定的。3.根据权利要求2所述的充电系统(10)，其中，当所述输出功率处于所述第三功率范围中时，K0的所述值是固定的，并且其中，当所述输出功率处于所述第一功率范围中时，K0的所述值的所述变化速率是固定的。4.根据权利要求3所述的充电系统(10)，其中，当所述输出功率处于所述第一功率范围中时，K1的所述值是固定的，并且其中，当所述输出功率处于所述第三功率范围中时，K1的所述值的所述变化速率是固定的。5.根据权利要求4所述的充电系统(10)，其中，由所述发射机(44)以所述传输速率周期性地发送所述采样的电流命令值(ics)、所述采样的直流电压值(vds)以及所述采样的直流电流值(ids)。6.根据权利要求5所述的充电系统(10)，其中，由所述系统控制器(42)以与所述发射机(44)周期性地发送所述采样的电流命令值(ics)的所述传输速率相比较高的速率来确定所述预测的电流值(ip)。7.根据权利要求6所述的充电系统(10)，其中，对所述采样的电流命令值(ics)、所述采样的直流电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·埃利，G·N·西莫普洛斯，
申请(专利权)人：德尔福技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US