一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法，属于无线充电技术领域，解决了现有技术中的感应式DWPT系统中采用DC/DC变换器进行系统输出动态调节控制难度大的问题，本发明专利技术包括如下步骤：步骤1.建立基于冲击负荷和储能设备的DWPT系统基波等效模型；步骤2.基于阻抗匹配分析动态无线供电系统高效率运行条件；步骤3.设计储能设备充放电优化控制策略；步骤4.设计实现恒压输出和系统高效率运行控制策略。本发明专利技术实现了DWPT系统在宽负荷范围的恒定直流电压输出，并有效抑制了DWPT系统的输出功率波动和效率下降问题，使得DWPT系统始终维持在高效率运行。始终维持在高效率运行。始终维持在高效率运行。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法


[0001]本专利技术属于无线充电
，具体涉及一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法。

技术介绍

[0002]无线电能传输技术借助空间中的能量载体(如电场、磁场、微波、电磁波等)，将电能由电源侧传递到负载侧。其中，感应式WPT技术作为一种安全、可靠的非接触式供电技术，可解决传统有线电能传输设备的诸多缺陷，避免了传统拔插系统存在的接触火花，漏电等安全问题，并使人类应用电能的方式更加灵活。目前，该技术已被广泛应用于人体植入医疗设备，感应式加热器，电动车以及手机等移动设备的无线充电平台。
[0003]动态无线供电系统(DynamicWireless Power Transfer，DWPT)作为静态无线充电系统的未来发展趋势，将从根本上解决电动汽车续航里程短的问题。
[0004]感应式DWPT系统包括能量发射端和能量接收端两部分：发射端包括高频逆变器、发射端谐振补偿网络和长导轨型发射线圈，高频逆变器将直流电变为高频交流电，高频交流电流经过谐振补偿网络，在发射线圈中产生高频交流磁场；接收端包括接收线圈、接收端谐振补偿网络和高频整流器，接收线圈感应到发射线圈产生的高频磁场后，经过接收端谐振补偿网络，向高频整流器输出高频交流电，高频整流器则将交流电变为直流电，向电机负荷和储能设备提供电能，实现电能从发射端到接收端的无线传输。
[0005]在目前的感应式DWPT系统中，由于储能设备采用的是固定功率充放电，而电机由于需要频繁在不同工况下切换，导致电机负荷波动较大，使得DWPT系统的等效负载处于不断波动中，严重影响系统输出功率和效率。
[0006]传统的方法主要依赖于直流侧DC/DC变换器，在不同的负载条件下对系统输出进行动态调节。然而，频繁且冲击性的负荷变化使得对DC/DC变换器控制难度加大，对变换器硬件要求以及控制要求较高，限制DWPT系统的适用性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于：
[0008]为解决现有技术中的感应式DWPT系统中采用DC/DC变换器进行系统输出动态调节控制难度大的问题，提供一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法。
[0009]本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法，包括如下步骤：
[0011]步骤1.建立基于冲击负荷和储能设备的DWPT系统基波等效模型；
[0012]步骤2.基于阻抗匹配分析动态无线供电系统高效率运行条件；
[0013]步骤3.设计储能设备充放电优化控制策略；
[0014]步骤4.设计实现恒压输出和系统高效率运行控制策略。
[0015]进一步地，所述DWPT系统包括发射端和接收端，所述发射端包括直流输入电源，其
直流输入电压为V
dc
，所述直流输入电源连接有全桥逆变器，全桥逆变器包含四个MOS管S1、S2、S3和S4，v
gs1
‑
v
gs4
分别对应其门极信号，所述全桥逆变器连接有发射线圈L
P
，所述发射线圈与谐振电感L
r
以及谐振电容C
r
和谐振电容C
P
构成的LCC结构相接，发射线圈L
P
与接收端的接收线圈L
S
磁耦合，其互感为M，发射线圈与接收线圈的寄生电阻分别为R
P
和R
S
，谐振电感L
r
的寄生电阻为R
r
；所述接收端的接收线圈串联谐振电容C
S
，接收线圈连接有整流器，所述整流器分别连接有由牵引变流器和电机组成的牵引负荷和由两个双向DC/DC变换器、蓄电池和超级电容构成的混合储能系统，所述牵引变流器包括六个MOS管G1、G2、G3、G4、G5和G6；混合储能系统包括蓄电池充放电系统和超级电容充放电系统，所述蓄电池充放电系统由双向DC/DC变换器1和蓄电池构成，所述双向DC/DC变换器1由MOS管T1和T2、电感L1和电容C1构成；所述超级电容充放电系统由双向DC/DC变换器2和超级电容构成，所述双向DC/DC变换器2由MOS管T3和T4、电感L2和电容C2构成。
[0016]进一步地，步骤1
‑
2建模分析和设计计算的步骤如下：
[0017]为了补偿发射线圈和接收线圈的自感，C
r
、C
P
和C
S
应该满足下式：
[0018][0019]其中，L
P
，L
S
分别为发射线圈和接收线圈自感，C
r
为补偿网络中的并联电容，C
P
为发射线圈的串联电容，C
S
为接收线圈的串联电容。ω为系统的角频率。
[0020]逆变器由移相调制控制，门级驱动信号的占空比为50％，v
gs1
和v
gs4
(v
gs2
和v
gs
3)之间的相位差产生方波电压v
P
和导通角α，V
P
、V
S
分别为逆变器输出电压v
P
和整流器输入电压v
S
的基波分量有效值，i
P
和i
S
分别是逆变器输出电流和接收线圈的输出电流。
[0021]根据基本谐波近似方法分析，逆变器的输出电压有效值V
P
和整流器的输入电压有效值V
s
可以表示为：
[0022][0023]其中，α是逆变器的导通角，V
dc
是逆变器输入侧直流电压，V
out
是整流器输出电压。由上式(2)可知，可以调整α使v
P
的基波分量在负载变化时满足输出电压的要求。
[0024]根据整流器的工作特性可得整流器的等效输入电阻R
eq
与整流器输出端等效负载R
L
的关系：
[0025][0026]根据二端口网络的分析方法，LCC
‑
S二端口电路拓扑是一个恒压源输入，Z
F
是接收侧线圈的反射阻抗。由此可得二端口模型的基本表达式为：
[0027][0028]其中v
F
为二端口网络输出电压，i
F
为二端口网络输出电流，Z
11
，Z
12
，Z
21
，Z
22
为二端口网络等效阻抗，其表达式如下：
[0029][0030]式中R
r
为谐振电感L
r
的寄生电阻，L
P
为发射线圈自感，R
P
为L
P
的寄生电阻。
[0031]当线圈谐振时，满足(1)式。根据二端口网络原理，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.建立基于冲击负荷和储能设备的DWPT系统基波等效模型；步骤2.基于阻抗匹配分析动态无线供电系统高效率运行条件；步骤3.设计储能设备充放电优化控制策略；步骤4.设计实现恒压输出和系统高效率运行控制策略。2.根据权利要求1所述的一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法，其特征在于，所述DWPT系统包括发射端和接收端，所述发射端包括直流输入电源，其直流输入电压为V
dc
，所述直流输入电源连接有全桥逆变器，全桥逆变器包含四个MOS管S1、S2、S3和S4，v
gs1
‑
v
gs4
分别对应其门极信号，所述全桥逆变器连接有发射线圈L
P
，所述发射线圈与谐振电感L
r
以及谐振电容C
r
和谐振电容C
P
构成的LCC结构相接，发射线圈L
P
与接收端的接收线圈L
S
磁耦合，其互感为M，发射线圈与接收线圈的寄生电阻分别为R
P
和R
S
，谐振电感L
r
的寄生电阻为R
r
；所述接收端的接收线圈串联谐振电容C
S
，接收线圈连接有整流器，所述整流器分别连接有由牵引变流器和电机组成的牵引负荷和由两个双向DC/DC变换器、蓄电池和超级电容构成的混合储能系统，所述牵引变流器包括六个MOS管G1、G2、G3、G4、G5和G6；混合储能系统包括蓄电池充放电系统和超级电容充放电系统，所述蓄电池充放电系统由双向DC/DC变换器1和蓄电池构成，所述双向DC/DC变换器1由MOS管T1和T2、电感L1和电容C1构成；所述超级电容充放电系统由双向DC/DC变换器2和超级电容构成，所述双向DC/DC变换器2由MOS管T3和T4、电感L2和电容C2构成。3.根据权利要求1所述的一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法，其特征在于，所述步骤1中等效模型建立的步骤如下：步骤1.1.将DWPT系统的实际负载牵引变流器和电机以及储能设备等效为负载R
L
，根据系统负载R
L
，计算整流器交流输入侧等效负载R
eq
：步骤1.2.计算系统的输出电压V
out
和系统效率η：其中V
dc
为逆变器的输入电压；Lr为补偿网络的谐振电感，R
r
为其对应的寄生电阻，ω为系统的角频率；M为耦合机构的互感值；α为逆变器输出电压的导通角；R
P
，R
S
分别为发射线圈和接收线圈的寄生电阻。4.根据权利要求1所述的一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法，其特征在于，所述步骤2中的分析条件如下：为保证系统工作在最大效率点，对系统效率公式进行分析，找出最大效率对应的负载条件为：
R
opt
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，孙文俊，刘宇航，陈俊文，何正友，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：