一種電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別方法及系統(tǒng)，該負(fù)載識(shí)別方法包括如下步驟：組建電壓型IPT系統(tǒng)，該電壓型IPT系統(tǒng)的原邊補(bǔ)償電容Cp包括并聯(lián)的第一電容和第二電容，第二電容由控制器通過(guò)開(kāi)關(guān)控制實(shí)現(xiàn)接通和切斷；第一電容接入原邊電路，原邊電路進(jìn)入諧振狀態(tài)；電流檢測(cè)裝置檢測(cè)原邊電路的電流得到第一有效值；閉合開(kāi)關(guān)，使第一電容和第二電容并聯(lián)后接入原邊電路，控制器調(diào)節(jié)逆變器的工作頻率使原邊電路進(jìn)入諧振狀態(tài)；電流檢測(cè)裝置檢測(cè)原邊電路的電流得到第二有效值；控制器根據(jù)原邊電路電流的第一有效值、第二有效值以及對(duì)應(yīng)的工作頻率建立阻抗方程，求取等效負(fù)載阻抗ZL。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載的準(zhǔn)確檢測(cè)，使IPT系統(tǒng)進(jìn)入最佳功率傳輸階段。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及IPT (Inductive Power Transfer,感應(yīng)電能傳輸)系統(tǒng)的負(fù)載識(shí)別技術(shù)，具體涉及一種電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]IPT技術(shù)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理，利用高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電能在完全電氣絕緣的電源系統(tǒng)和可移動(dòng)負(fù)載間無(wú)線傳輸?shù)囊环N新型安全的供電技術(shù)。該技術(shù)已在電動(dòng)汽車(chē)、旋轉(zhuǎn)用電設(shè)備、生物醫(yī)療、家電和移動(dòng)電子設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于IPT系統(tǒng)所帶負(fù)載的功率性質(zhì)和等級(jí)跨度大(幾毫瓦到上千瓦)，若不對(duì)負(fù)載的性質(zhì)和功率大小進(jìn)行辨識(shí)，IPT系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性會(huì)大大降低。因此,當(dāng)IPT系統(tǒng)正常工作之前，應(yīng)對(duì)負(fù)載的性質(zhì)和功率容量進(jìn)行識(shí)別，從而進(jìn)入相應(yīng)適合于該負(fù)載的功率傳輸階段。
[0003]由于IPT系統(tǒng)通常具有以下幾個(gè)特點(diǎn)，一是包含較多的儲(chǔ)能元件，其階數(shù)一般高于3 ;二是由于系統(tǒng)中包含非線性開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，因此呈現(xiàn)出嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)非線性；三是，由于IPT系統(tǒng)的工作頻率一般在20-100kHz左右，因此其工作頻率較高。對(duì)于高階、非線性和高頻的IPT系統(tǒng)，要進(jìn)行負(fù)載參數(shù)識(shí)別相當(dāng)困難，目前，傳統(tǒng)的識(shí)別技術(shù)主要利用原邊諧振電壓和電流之間的相差來(lái)進(jìn)行負(fù)載的識(shí)別，需檢測(cè)太多的變量，使控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，較難實(shí)現(xiàn)。
[0004]對(duì)于電壓型IPT系統(tǒng)，若采用無(wú)線通信模塊的方式實(shí)現(xiàn)負(fù)載辨識(shí)，由于同時(shí)存在功率傳輸和無(wú)線通信的高頻磁場(chǎng)，兩者相互的干擾，有可能會(huì)使能量傳輸和無(wú)線通信的可靠性降低。若采用基于反射阻抗和檢測(cè)諧振電壓和電流相位差的辨識(shí)方法，理論上雖然能夠精確辨識(shí)負(fù)載大小，但是實(shí)際上，由于要檢測(cè)電流峰值，電壓峰值以及兩者的相差，導(dǎo)致硬件電路及其復(fù)雜，過(guò)多的被檢測(cè)量容易影響實(shí)際負(fù)載識(shí)別的精確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別方法及系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別IPT系統(tǒng)的負(fù)載。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別方法，包括如下步驟:
[0007]S1:組建電壓型IPT系統(tǒng)，所述電壓型IPT系統(tǒng)由原邊電路和副邊電路組成；
[0008]所述原邊電路設(shè)置有直流電源、全橋逆變器以及原邊諧振電感Lp和原邊補(bǔ)償電容Cp組成的原邊諧振回路，所述原邊補(bǔ)償電容Cp包括并聯(lián)的第一電容Cl和第二電容C2，所述第二電容C2由開(kāi)關(guān)S控制實(shí)現(xiàn)接通和切斷，所述開(kāi)關(guān)S與控制器相連；
[0009]所述副邊電路包括副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs以及等效負(fù)載阻抗&，所述副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs和等效負(fù)載阻抗\三者依次相連組成副邊諧振回路；
[0010]所述原邊電路還設(shè)置有電流檢測(cè)裝置，該電流檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述原邊諧振電感Lp內(nèi)的電流；
[0011]S2:控制器切斷開(kāi)關(guān)S，僅讓第一電容Cl接入原邊電路，直流電源對(duì)原邊電路進(jìn)行直流供電，使所述原邊電路進(jìn)入諧振狀態(tài)；
[0012]S3:電流檢測(cè)裝置檢測(cè)原邊電路的電流并將原邊電路電流的第一有效值與第一工作頻率傳送到所述控制器中；
[0013]S4:控制器閉合開(kāi)關(guān)S，使第一電容Cl和第二電容C2并聯(lián)后接入原邊電路，直流電源對(duì)原邊電路進(jìn)行直流供電，控制器調(diào)節(jié)逆變器的工作頻率使原邊電路進(jìn)入諧振狀態(tài)；
[0014]S5:電流檢測(cè)裝置檢測(cè)原邊電路的電流并將原邊電路電流的第二有效值與第二工作頻率傳輸?shù)剿隹刂破髦校?br> [0015]S6:控制器根據(jù)原邊電路電流的第一有效值、第一工作頻率、第二有效值以及第二工作頻率建立阻抗方程，求取等效負(fù)載阻抗\。
[0016]本發(fā)明通過(guò)改變?cè)呇a(bǔ)償電容的大小，使原邊工作在兩種不同的諧振頻率下，通過(guò)建立方式反射阻抗方程，實(shí)現(xiàn)負(fù)載準(zhǔn)確識(shí)別，使IPT系統(tǒng)處于最佳功率傳輸階段。
[0017] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別系統(tǒng)，包括電壓型IPT系統(tǒng)、電流檢測(cè)裝置和控制器；
[0018]所述電壓型IPT系統(tǒng)由原邊電路和副邊電路組成，所述原邊電路設(shè)置有直流電源、全橋逆變器以及原邊諧振電感Lp和原邊補(bǔ)償電容Cp組成的原邊諧振回路，所述原邊補(bǔ)償電容Cp包括并聯(lián)的第一電容Cl和第二電容C2，所述第二電容C2由開(kāi)關(guān)S控制實(shí)現(xiàn)接通和切斷，所述開(kāi)關(guān)S與控制器相連；
[0019]所述副邊電路包括副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs以及等效負(fù)載阻抗&，所述副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs和等效負(fù)載阻抗\三者依次相連組成副邊諧振回路；
[0020]所述電流檢測(cè)裝置用于檢測(cè)原邊電路電流的第一有效值、第一工作頻率、第二有效值以及第二工作頻率，控制器根據(jù)原邊電路電流的第一有效值、第一工作頻率、第二有效值以及第二工作頻率建立阻抗方程，求取等效負(fù)載阻抗\。
[0021]本發(fā)明的電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載的準(zhǔn)確檢測(cè)，使IPT系統(tǒng)進(jìn)入最佳功率傳輸階段。
[0022]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，控制器根據(jù)第一有效值、第一工作頻率、第二有效值以及第二工作頻率建立的阻抗方程為:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別方法，其特征在于:包括如下步驟: 51:組建電壓型IPT系統(tǒng)，所述電壓型IPT系統(tǒng)由原邊電路和副邊電路組成； 所述原邊電路設(shè)置有直流電源、全橋逆變器以及原邊諧振電感Lp和原邊補(bǔ)償電容Cp組成的原邊諧振回路，所述原邊補(bǔ)償電容Cp包括并聯(lián)的第一電容Cl和第二電容C2，所述第二電容C2由開(kāi)關(guān)S控制實(shí)現(xiàn)接通和切斷，所述開(kāi)關(guān)S與控制器相連； 所述副邊電路包括副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs以及等效負(fù)載阻抗&，所述副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs和等效負(fù)載阻抗\三者依次相連組成副邊諧振回路； 所述原邊電路還設(shè)置有電流檢測(cè)裝置，該電流檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述原邊諧振電感Lp內(nèi)的電流； 52:控制器切斷開(kāi)關(guān)S，僅讓第一電容Cl接入原邊電路，直流電源對(duì)原邊電路進(jìn)行直流供電，使所述原邊電路進(jìn)入諧振狀態(tài)； 53:電流檢測(cè)裝置檢測(cè)原邊電路的電流并將原邊電路電流的第一有效值與第一工作頻率傳送到所述控制器中； 54:控制器閉合開(kāi)關(guān)S，使第一電容Cl和第二電容C2并聯(lián)后接入原邊電路，直流電源對(duì)原邊電路進(jìn)行直流供電，控制器調(diào)節(jié)逆變器的工作頻率使原邊電路進(jìn)入諧振狀態(tài)； S5:電流檢測(cè)裝置檢測(cè)原邊電路的電流并將原邊電路電流的第二有效值與第二工作頻率傳輸?shù)剿隹刂破髦校? S6:控制器根據(jù)原邊電路電流 的第一有效值、第一工作頻率、第二有效值以及第二工作頻率建立阻抗方程，求取等效負(fù)載阻抗
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別方法，其特征在于:所述控制器根據(jù)第一有效值、第一工作頻率、第二有效值以及第二工作頻率建立的阻抗方程為:ImZi = ImZ/1.(~— #.("/>(叫A —IMG)

AmZr1^ur -1i^Rr)*!r1-1mZrl^ur -/,?/?")*/"丨
(up — I!>2Rpy{\j(O2Cs -(O1Ls — ImZ1) Kc z T =---=---1mZr2*! r2
ImZrJco1Lp-1/Co1C1 = 0 Im Z^ry + co^Lp---— 0
W,(C|+C) 其中，Rp為原邊線圈內(nèi)阻與電容內(nèi)阻之和，Rs為副邊線圈內(nèi)阻，Up為逆變橋輸出的電壓，Ipi為與原邊電流的第一有效值，Ip2為原邊電流的第二有效值，GJ1為第一工作頻率、ω2為第二工作頻率。
3.一種電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:包括電壓型IPT系統(tǒng)、電流檢測(cè)裝置和控制器； 所述電壓型IPT系統(tǒng)由原邊電路和副邊電路組成，所述原邊電路設(shè)置有直流電源、全橋逆變器以及原邊諧振電感Lp和原邊補(bǔ)償電容Cp組成的原邊諧振回路，所述原邊補(bǔ)償電容Cp包括并聯(lián)的第一電容Cl和第二電容C2，所述第二電容C2由開(kāi)關(guān)S控制實(shí)現(xiàn)接通和切斷，所述開(kāi)關(guān)S與控制器相連； 所述副邊電路包括副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs以及等效負(fù)載阻抗&，所述副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs和等效負(fù)載阻抗\三者依次相連組成副邊諧振回路； 所述電流檢測(cè)裝置用于檢測(cè)原邊電路電流的第一有效值、第一工作頻率、第二有效值以及第二工作頻率，控制器根據(jù)原邊電路電流的第一有效值、第一工作頻率、第二有效值以及第二工作頻率建立阻抗方程，求取等效負(fù)載阻抗\。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:所述電流檢測(cè)裝置設(shè)置有電流互感器，該電流互感器用于獲取原邊電路諧振狀態(tài)的電流波形，在電流互感器的輸出端分別連接有諧振電流頻率檢測(cè)單元、諧振電流有效值值采樣單元以及諧振電流過(guò)零采樣單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器包括頻率調(diào)節(jié)單元和負(fù)載識(shí)別單元，所述頻率調(diào)節(jié)單元根據(jù)所述諧振電流過(guò)零采樣單元采集的電流過(guò)零信號(hào)調(diào)節(jié)全橋逆變器輸出的電壓的頻率使原邊電路進(jìn)入諧振狀態(tài)，所述負(fù)載識(shí)別單元分別與所述諧振電流頻率檢測(cè)單元和所述諧振電流有效值采樣單元相連，用于建立阻抗方程，對(duì)負(fù)載進(jìn)行識(shí)別并輸出。
【文檔編號(hào)】G01R27/02GK103490527SQ201310482061
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】王智慧, 孫躍, 唐春森, 戴欣, 蘇玉剛, 葉兆虹 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)