移动式无线电能传输系统的控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种移动式无线电能传输系统的控制方法及装置。所述控制方法包括：构建所述移动式无线电能传输系统的系统等效电路，所述系统等效电路包括工频整流电路、高频逆变电路、谐振补偿电路和频率控制电路；为所述移动式无线电能传输系统的系统等效电路依次输入多个高频谐波信号，并采集所述系统等效电路的输出电压和输出电流，其中多个所述高频谐波信号的频率均不相同；在所述系统等效电路中，根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述移动式无线电能传输系统的最优工作频率。

Control method and device of mobile radio energy transmission system

【技术实现步骤摘要】
移动式无线电能传输系统的控制方法及装置
本专利技术涉及无线充电
，特别是涉及一种移动式无线电能传输系统的控制方法及装置。
技术介绍
磁耦合谐振式无线电能传输系统是非线性多参数交叉影响的耦合系统，任意一个参数的改变或偏移都会引起系统谐振频率的改变，对系统的传输性能产生影响，在移动式充电系统当中，原边与副边位置不固定，问题更为严重。磁耦合谐振式无线电能传输系统的高效传输主要取决于系统能否工作在谐振状态，即系统工作频率与谐振频率是否一致。常规的系统调节方法主要从两个方面考虑：一是保持系统工作频率不变，动态调节系统的结构参数；二是不改变系统结构参数，动态调节系统的工作频率即频率跟踪控制。第一种方法需要在谐振拓扑中增加调谐电路，繁琐复杂。第二种方法，频率跟踪控制，主要通过检测发射端或接收端的电流电压，通过锁相环实现频率跟踪，或者采用扰动观察法。模拟锁相环芯片存在抗噪能力差、可靠性低等缺点。数字锁相控制，需要设计相应的硬件电路，增大系统成本和复杂性。扰动观察法，会导致系统始终在最优谐振频率点附近震荡，无法实现稳定工作。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种移动式无线电能传输系统的控制方法及装置，以及消除因此系统中参数改变而导致系统工作频率与谐振频率不一致导致的问题。本专利技术实施例提供了一种移动式无线电能传输系统的控制方法，包括：构建所述移动式无线电能传输系统的系统等效电路，所述系统等效电路包括工频整流电路、高频逆变电路、谐振补偿电路和频率控制电路；为所述移动式无线电能传输系统的系统等效电路依次输入多个高频谐波信号，并采集所述系统等效电路的输出电压和输出电流，其中多个所述高频谐波信号的频率均不相同；在所述系统等效电路中，根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述移动式无线电能传输系统的最优工作频率。在其中一个实施例中，所述在所述等效电路中，根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述移动式无线电能传输系统的最优谐振频率，包括：构建所述谐振补偿电路的T型等效电路和互感等效电路；根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述T型等效电路的关键参数；确定所述互感等效电路的原边等效阻抗、副边等效阻抗和相量方程；根据所述T型等效电路的关键参数、所述原边等效阻抗、所述副边等效阻抗和所述相量方程，确定有关所述移动式无线电能传输系统的谐振频率的高阶方程，并求解得到至少一个所述谐振频率；根据得到的至少一个所述谐振频率判断所述移动式无线电能传输系统是否处于过耦合状态；若是，则将使得所述移动式无线电能传输系统具有最大输出功率的所述谐振频率中的分裂频率作为所述最优工作频率；否则，将所述谐振频率移动式无线电能传输系统的固有谐振频率作为所述最优工作频率。在其中一个实施例中，所述根据得到的至少一个所述谐振频率判断所述移动式无线电能传输系统是否处于过耦合状态，包括：判断求解得到的所述谐振频率的个数是否大于1；若是，则判定所述移动式无线电能传输系统处于过耦合状态；否则，则判定所述移动式无线电能传输系统处于正常工作状态。在其中一个实施例中，所述将使得所述移动式无线电能传输系统具有最大输出功率的所述谐振频率中的分裂频率作为所述最优工作频率，包括：计算所述移动式无线电能传输系统工作在每一所述分裂频率时的输出功率；对多个所述输出功率进行比较，确定其中的最大输出功率以及所述最大输出功率所对应的所述分裂频率；将所述大输出功率所对应的所述分裂频率作为所述最优工作频率。在其中一个实施例中，所述根据所述T型等效电路的关键参数、所述原边等效阻抗、所述副边等效阻抗和所述相量方程，确定有关所述移动式无线电能传输系统的谐振频率的高阶方程，包括：根据所述原边等效阻抗、所述副边等效阻抗和所述相量方程，确定所述互感等效电路的原边等效输入阻抗；将所述T型等效电路的关键参数和所述互感等效电路的原边等效输入阻抗，确定有关所述移动式无线电能传输系统的谐振频率的高阶方程。在其中一个实施例中，所述互感等效电路的原边等效输入阻抗Zin＝Rin+jXin其中Rin为所述原边等效输入阻抗的实部，Xin为所述原边等效输入阻抗的虚部，ω为所述谐振频率，M为原副边互感，Lp为原边电感，Ls为副边电感，Cp为副边电感，Cs为副边补偿电容，R2为副边等效阻抗的实部，为副边除电感之外等效阻抗的虚部，j为虚数单位。在其中一个实施例中，所述控制方法还包括：根据所述最优工作频率，产生用于控制所述高频逆变电路的开关频率的驱动信号，所述驱动信号的频率等于所述最有工作频率。在其中一个实施例中，为所述移动式无线电能传输系统提供依次提供5个所述高频谐波信号。在其中一个实施例中，所述根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述T型等效电路的关键参数，包括：利用基尔霍夫电压定律对所述谐振补偿电路的T型等效电路建立五元一次方程；将每一所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流代入所述五元一次方程，计算得到所述T型等效电路的关键参数。基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种移动式无线电能传输系统的控制装置，包括：系统等效电路，为所述移动式无线电能传输系统的等效电路，所述系统等效电路包括工频整流电路、高频逆变电路、谐振补偿电路和频率控制电路；检测电路，用于采集所述移动式无线电能传输系统的多组输出电压和输出电流，每一所述输出电压和所述输出电流对应一个输入的高频谐波信号；数据处理电路，与所述检测电路电连接，用于在所述等效电路中，根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述移动式无线电能传输系统的最优工作频率，并提供给所述频率控制电路，以使所述频率控制电路根据所述最优工作频率，产生用于控制所述高频逆变电路的开关频率的驱动信号，其中所述驱动信号的频率等于所述最有工作频率。在其中一个实施例中，所述数据处理电路包括：建模单元，用于构建所述谐振补偿电路的T型等效电路和互感等效电路；第一计算单元，与所述建模单元以及所述检测电路分别电连接，用于根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述T型等效电路的关键参数；第二计算单元，与所述建模单元以及所述第一计算单元分别电连接，用于确定所述互感等效电路的原边等效阻抗、副边等效阻抗和相量方程，以及根据所述T型等效电路的关键参数、所述原边等效阻抗、所述副边等效阻抗和所述相量方程，确定有关所述移动式无线电能传输系统的谐振频率的高阶方程，并求解得到至少一个所述谐振频率；判断单元，与所述二计算单元电连接，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动式无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，包括：/n构建所述移动式无线电能传输系统的系统等效电路，所述系统等效电路包括工频整流电路、高频逆变电路、谐振补偿电路和频率控制电路；/n为所述移动式无线电能传输系统的系统等效电路依次输入多个高频谐波信号，并采集所述系统等效电路的输出电压和输出电流，其中多个所述高频谐波信号的频率均不相同；/n在所述系统等效电路中，根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述移动式无线电能传输系统的最优工作频率。/n

【技术特征摘要】
1.一种移动式无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，包括：
构建所述移动式无线电能传输系统的系统等效电路，所述系统等效电路包括工频整流电路、高频逆变电路、谐振补偿电路和频率控制电路；
为所述移动式无线电能传输系统的系统等效电路依次输入多个高频谐波信号，并采集所述系统等效电路的输出电压和输出电流，其中多个所述高频谐波信号的频率均不相同；
在所述系统等效电路中，根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述移动式无线电能传输系统的最优工作频率。


2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述在所述等效电路中，根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述移动式无线电能传输系统的最优谐振频率，包括：
构建所述谐振补偿电路的T型等效电路和互感等效电路；
根据多个所述高频谐波信号以及每一所述高频谐波信号对应的所述输出电压和所述输出电流，确定所述T型等效电路的关键参数；
确定所述互感等效电路的原边等效阻抗、副边等效阻抗和相量方程；
根据所述T型等效电路的关键参数、所述原边等效阻抗、所述副边等效阻抗和所述相量方程，确定有关所述移动式无线电能传输系统的谐振频率的高阶方程，并求解得到至少一个所述谐振频率；
根据得到的至少一个所述谐振频率判断所述移动式无线电能传输系统是否处于过耦合状态；
若是，则将使得所述移动式无线电能传输系统具有最大输出功率的所述谐振频率中的分裂频率作为所述最优工作频率；
否则，将所述谐振频率移动式无线电能传输系统的固有谐振频率作为所述最优工作频率。


3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据得到的至少一个所述谐振频率判断所述移动式无线电能传输系统是否处于过耦合状态，包括：
判断求解得到的所述谐振频率的个数是否大于1；
若是，则判定所述移动式无线电能传输系统处于过耦合状态；
否则，则判定所述移动式无线电能传输系统处于正常工作状态。


4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述将使得所述移动式无线电能传输系统具有最大输出功率的所述谐振频率中的分裂频率作为所述最优工作频率，包括：
计算所述移动式无线电能传输系统工作在每一所述分裂频率时的输出功率；
对多个所述输出功率进行比较，确定其中的最大输出功率以及所述最大输出功率所对应的所述分裂频率；
将所述大输出功率所对应的所述分裂频率作为所述最优工作频率。


5.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述T型等效电路的关键参数、所述原边等效阻抗、所述副边等效阻抗和所述相量方程，确定有关所述移动式无线电能传输系统的谐振频率的高阶方程，包括：
根据所述原边等效阻抗、所述副边等效阻抗和所述相量方程，确定所述互感等效电路的原边等效输入阻抗；
将所述T型等效电路的关键参数和所述互感等效电路的原边等效输入阻抗，确定有关所述移动式无线电能传输系统的谐振频率的高阶方程。


6.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述互感等效电路的原边等效输入阻抗
Zin＝Rin+jXin
其中



Rin为所述原边等效输入阻抗的实部，Xin为所述原边等效输入阻抗的虚部，ω为所述谐振频率，M为原副边互感，Lp为原边电感，Ls为副边电感，Cp为原边补偿电容，Cs为副边补偿电容，R2为副边等效阻抗的实部，为副边除电感之外等效阻抗的虚部，j为虚数单位。


7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：
根据所述最优工作频率，产生用于控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：林云志，赖一雄，罗金，
申请(专利权)人：中铁电气化局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11