提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法技术

本发明专利技术是提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法。本发明专利技术采用控制器、发射端和接收端建立系统电路模型，根据获取矩形和DD线圈互操作时满足充电要求的耦合系数和计算得到的耦合系数，调节发射端位置，进一步使得XY方向的耦合系数无限接近矩形和DD线圈互操作时满足充电要求的耦合系数。本发明专利技术基于变步长的“扰动‑观测”算法，不需要进行复杂的数学计算，不需要额外的通信电路，仅通过发射端或地面设备参数的测量可实现耦合系数预测，并将其作为位置调节的依据，简化了系统结构，避免了强磁场对无线通信的干扰。

Adaptive adjusting method of transmitter position for improving interoperability of wireless charging coil of electric vehicle

The invention relates to an adaptive adjustment method for the position of the transmitter end to improve the interoperability of the wireless charging coil of an electric vehicle. The invention adopts a controller, a transmitter and a receiver to establish a system circuit model, and adjusts the position of the transmitter according to the coupling coefficients and the calculated coupling coefficients that satisfy the charging requirements when the rectangular and DD coils interoperate, so as to make the coupling coefficients in the XY direction infinitely close to the coupling coefficients that satisfy the charging requirements when the rectangular and DD coils interoperate. The invention is based on the variable step size \disturbance observation\ algorithm, which does not require complicated mathematical calculation and additional communication circuit. Coupling coefficient prediction can be realized only through the measurement of parameters of transmitter or ground equipment. The system structure is simplified and interference of strong magnetic field to wireless communication is avoided.

【技术实现步骤摘要】
提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法
本专利技术涉及电动汽车无线充电
，是一种提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法。
技术介绍
近些年来，由于其便捷、安全、美观等特点，无线充电技术在电动汽车充电领域获得广泛应用。电动汽车无线充电系统的结构及工作过程如下：发射端——逆变器通过DC-AC转换将直流电逆变为高频交变电,逆变器输出的交流电流通入安装在地面或地下的发射线圈中,在充电区域内产生高频电磁场；接收端——安装在汽车底盘的接收线圈感应到发射线圈的高频电磁场，产生高频电压，再经过整流电路转化为直流电，用以给车载电池充电。当发射端和接收端的电路均处于谐振状态时，能减小系统的无功功率，提高系统的传输功率和效率。目前用于电动汽车无线充电的线圈结构多种多样，其中主要有以矩形线圈为代表的单极型线圈和以DD线圈为代表的双极型线圈。当发射端和接收端线圈不同时，充电系统无法正常工作。单极型和双极型线圈无法兼容，不同厂家生产的产品不具备通用性，更关键的是目前国内没有制订互操作性相关标准，进一步阻碍了电动汽车无线充电产品的普及。为解决上述线圈间不兼容的问题，目前学术界进行了一定研究：文献BudhiaM,BoysJT,CovicGA,etal.DevelopmentofaSingle-SidedFluxMagneticCouplerforElectricVehicleIPTChargingSystems[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2012,60(1):318-328.提出一种改进的DDQ线圈作为接收线圈，当发射端采用矩形线圈或DD线圈时均能实现充电。但缺点是DDQ线圈结构复杂，用线量大，需要两套独立的整流滤波电路，使接收端体积重量上升；文献CovicGA,KissinMLG,KacprzakD,etal.AbipolarprimarypadtopologyforEVstationarychargingandhighwaypowerbyinductivecoupling[C]//EnergyConversionCongress&Exposition.IEEE,2011.提出一种改进的BP线圈作为发射线圈，当接收端采用矩形线圈或DD线圈时均能实现充电。但缺点是BP线圈需要两套独立的逆变器控制，输出功率和相位需要实时控制，整体结构和控制算法复杂，系统效率偏低；一种电动汽车无线充电的自适应系统及方法CN201810426094.7提出一种接收端位置可调的自适应无线充电系统，通过位置调整装置将接收端调节到期望位置，以跟踪最佳输出功率。但缺点有：1、提出的自适应位置调节算法在提升矩形和DD线圈互操作性时不够简便，需要优化；2、需要通过无线通信实时获取系统输出功率，必须添加额外的通信回路。
技术实现思路
本专利技术为解决现有存在的问题，提供了一种提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法，本专利技术提供了以下技术方案：一种提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法，所述方法基于无线充电的自适应系统，所述系统包括发射端、接收端和控制器，所述方法包括如下步骤：步骤一：获取矩形和DD线圈互操作时满足充电要求的耦合系数kmax；步骤二：在充电开始前进行系统初始化，建立发射端位置调节机构，获取发射端、接收端线圈和补偿网络参数；步骤三：测量原边线圈电流I1、原边并联补偿电容两端电压Uc1和I1与Uc1相位差，计算逆变器输出功率P，进一步计算得到此时原副边线圈耦合系数kest(i)(i＝0)，以及X方向和Y方向的矩形和DD线圈互操作时耦合系数kest(i)和kest(j)，所述X方向为DD线圈磁感线方向，所述Y方向为垂直于DD线圈磁感线的方向；步骤四：设置ε为接受的误差，当|kest(0)-kmax|＜ε时，认为该方向目标位置已达到，则不需要进行调节，满足充电要求；步骤五：当不满足|kest(0)-kmax|＜ε时，进行X方向的位置调节移动发射端，沿X方向正方向移动发射端，设定每次移动距离为Δ1，将步骤三中计算方法得到的kest(i+1)与kest(i+2)进行比较，根据比较结果进行X方向的位置调节移动发射端；步骤六：重复步骤五，直至X方向的耦合系数满足|kest(i+2)-kest(i+1)|＜ε，结束X方向调节；步骤七：进行Y方向的位置调节移动发射端，设定每次移动距离为Δ1，根据步骤三中所计算方法得到X方向调节结束时，Y方向的矩形和DD线圈互操作时耦合系数kest(j)，固定Δ1不变，调节Y方向，直至Y方向|kest(j+2)-kmax|＜ε，结束Y方向调节；步骤八：当X和Y方向调节完成后，根据步骤三所述方法进一步计算原副边线圈耦合系数kest(i)(i＝0)并满足|kest(0)-kmax|＜ε，发射端位置调节程序完成，系统开始充电。优选地，所述步骤二中参数包括原边线圈自感Lp、副边线圈自感Ls、原副边线圈内阻R1和R2、副边补偿电感L2和负载电阻RL。优选地，所述步骤三具体为：第一步：在安全电压范围内上电，测量原边线圈电流I1、原边并联补偿电容两端电压相位差Uc1和I1于Uc1相位差，通过下式计算逆变器输出功率P：P＝UC1I1cosθ(1)其中，I1为原边线圈电流，Uc1为原边并联补偿电容两端电压相位差，θ为I1，Uc1的相位差；第二步：根据计算得到的逆变器输出功率P，通过下式计算X方向和Y方向矩形和DD线圈互操作时耦合系数kest(i)和kest(j)：其中，R1和R2为原副边线圈内阻，Lp为原边线圈自感，Ls为副边线圈自感，L2为副边补偿电感，RL为负载电阻，ω为系统工作频率，C2为副边并联补偿电容；第三步：根据公式(2)计算，得到kest(0)。优选地，所述步骤五具体为：第一步：设定每次移动距离Δ1；第二步：当kest(i+1)小于kest(i)，则将发射端向X方向正向移动Δ1，当kest(i+1)大于kest(i)，则将发射端向X方向反向移动Δ1；第三步：当|kest(i+1)-kest(i)|＞A，则增大Δ1；当|kest(i+1)-kest(i)|≤A，则减小Δ1；优选地，通过人为设定判定条件A，同时Δ1的变化步长由人为设定。优选地，所述步骤七具体为：第一步：设定每次移动距离Δ1，根据公式(2)计算得到kest(j)；第二步：根据固定不变的每次移动距离Δ1，调节Y方向的位置的发射端，当kest(j+1)＞kest(j)，则将发射端向Y方向正方向移动Δ1；当kest(j+1)＜kest(j)，则将发射端向Y方向反方向移动Δ1；第三步：再根据公式(2)计算求得kest(j+2)，当|kest(j+2)-kmax|＜ε，则结束Y方向的位置调节移动发射端操作。优选地，采用DSP、FPGA或者单片机的控制器实现的锁相环功能测量I1与Uc1相位差。优选地，通过步骤一至步骤八所述的提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法建立的发射端位置调节机构，对发射端进行X方向和Y方向的位置调节。优选地，通过电压传感器测量Uc1，采用电流传感器测量I1。本专利技术具有以下有益效果：1、不需要采用类似BP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法，其特征是：所述方法基于无线充电的自适应系统，所述系统包括发射端、接收端和控制器，所述方法包括如下步骤：步骤一：获取矩形和DD线圈互操作时满足充电要求的耦合系数kmax；步骤二：在充电开始前进行系统初始化，建立发射端位置调节机构，获取发射端、接收端线圈和补偿网络参数；步骤三：测量原边线圈电流I1、原边并联补偿电容两端电压Uc1和I1与Uc1相位差，计算逆变器输出功率P，进一步计算得到此时原副边线圈耦合系数kest(i)(i＝0)，以及X方向和Y方向的矩形和DD线圈互操作时耦合系数kest(i)和kest(j)，所述X方向为DD线圈磁感线方向，所述Y方向为垂直于DD线圈磁感线的方向；步骤四：设置ε为接受的误差，当|kest(0)‑kmax|＜ε时，认为该方向目标位置已达到，则不需要进行调节，满足充电要求；步骤五：当不满足|kest(0)‑kmax|＜ε时，进行X方向的位置调节移动发射端，沿X方向正方向移动发射端，设定每次移动距离为Δ1，将步骤三中计算方法得到的kest(i+1)与kest(i+2)进行比较，根据比较结果进行X方向的位置调节移动发射端；步骤六：重复步骤五，直至X方向的耦合系数满足|kest(i+2)‑kest(i+1)|＜ε，结束X方向调节；步骤七：进行Y方向的位置调节移动发射端，设定每次移动距离为Δ1，根据步骤三中所计算方法得到X方向调节结束时，Y方向的矩形和DD线圈互操作时耦合系数kest(j)，固定Δ1不变，调节Y方向，直至Y方向|kest(j+2)‑kmax|＜ε，结束Y方向调节；步骤八：当X和Y方向调节完成后，根据步骤三所述方法进一步计算原副边线圈耦合系数kest(i)(i＝0)并满足|kest(0)‑kmax|＜ε，发射端位置调节程序完成，系统开始充电。...

【技术特征摘要】
1.一种提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法，其特征是：所述方法基于无线充电的自适应系统，所述系统包括发射端、接收端和控制器，所述方法包括如下步骤：步骤一：获取矩形和DD线圈互操作时满足充电要求的耦合系数kmax；步骤二：在充电开始前进行系统初始化，建立发射端位置调节机构，获取发射端、接收端线圈和补偿网络参数；步骤三：测量原边线圈电流I1、原边并联补偿电容两端电压Uc1和I1与Uc1相位差，计算逆变器输出功率P，进一步计算得到此时原副边线圈耦合系数kest(i)(i＝0)，以及X方向和Y方向的矩形和DD线圈互操作时耦合系数kest(i)和kest(j)，所述X方向为DD线圈磁感线方向，所述Y方向为垂直于DD线圈磁感线的方向；步骤四：设置ε为接受的误差，当|kest(0)-kmax|＜ε时，认为该方向目标位置已达到，则不需要进行调节，满足充电要求；步骤五：当不满足|kest(0)-kmax|＜ε时，进行X方向的位置调节移动发射端，沿X方向正方向移动发射端，设定每次移动距离为Δ1，将步骤三中计算方法得到的kest(i+1)与kest(i+2)进行比较，根据比较结果进行X方向的位置调节移动发射端；步骤六：重复步骤五，直至X方向的耦合系数满足|kest(i+2)-kest(i+1)|＜ε，结束X方向调节；步骤七：进行Y方向的位置调节移动发射端，设定每次移动距离为Δ1，根据步骤三中所计算方法得到X方向调节结束时，Y方向的矩形和DD线圈互操作时耦合系数kest(j)，固定Δ1不变，调节Y方向，直至Y方向|kest(j+2)-kmax|＜ε，结束Y方向调节；步骤八：当X和Y方向调节完成后，根据步骤三所述方法进一步计算原副边线圈耦合系数kest(i)(i＝0)并满足|kest(0)-kmax|＜ε，发射端位置调节程序完成，系统开始充电。2.根据权利要求1所述的一种提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法，其特征是：所述步骤二中参数包括原边线圈自感Lp、副边线圈自感Ls、原副边线圈内阻R1和R2、副边补偿电感L2和负载电阻RL。3.根据权利要求1所述的一种提升电动汽车无线充电线圈互操作性的发射端位置自适应调节方法，其特征是：所述步骤三具体为：第一步：在安全电压范围内上电，测量原边线圈电流I1、原边并联补偿电容两端电压相位差Uc1和I1于Uc1相位差，通过下式计算逆变器输出功率P：P＝UC1I1cosθ(1)其中，I1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凯，杨光，郭雨，朱春波，魏睿智，张航，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23