專利名稱：一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法
一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法技術領域
本發(fā)明屬于一種IPT系統(tǒng)的負載識別技術，具體涉及一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法。
背景技術：
感應電能傳輸(Inductively Power Transfer,簡稱IPT)技術是基于法拉第電磁感應原理，利用高頻交變磁場實現(xiàn)電能在完全電氣絕緣的電源系統(tǒng)和可移動負載間無線傳輸?shù)囊环N新型安全的供電技術。該技術已在電動汽車、旋轉(zhuǎn)用電設備、生物醫(yī)療、家電和移動電子設備等領域得到了廣泛的應用。由于IPT系統(tǒng)所帶負載的功率性質(zhì)和等級跨度大(幾毫瓦到上千瓦)，若不對負載的性質(zhì)和功率大小進行辨識，IPT系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性會大大降低。因此，當IPT系統(tǒng)正常工作之前，應對負載的性質(zhì)和功率容量進行識別，從而進入相應適合于該負載的功率傳輸階段。由于IPT系統(tǒng)通常包含較多的儲能元件， 其階數(shù)一般高于3 ;由于系統(tǒng)中包含非線性開關網(wǎng)絡，因此呈現(xiàn)出嚴重的開關非線性；由于 IPT系統(tǒng)的工作頻率一般在20 IOOkHz左右，因此其工作頻率較高。對于該高階、非線性和高頻IPT系統(tǒng)，要進行負載參數(shù)識別相當困難，見參考文獻[1]X. Dai,Y. Sue,C. S. Tang and Z. H. Wang. Dynamic parameter identification method forinductively coupled power transfer system[C], IEEE ICSET 2010, Kandy Sri Lanka. 2010.和參考文獻[2]孫躍， 黃衛(wèi)，蘇玉剛.非接觸式電能傳輸系統(tǒng)的負載識別算法[J].重慶大學學報，2009，32 (2) 141-145。
然而傳統(tǒng)的這些識別技術主要利用原邊諧振電壓和電流之間的相差來進行負載的識別，需檢測太多的變量，使控制系統(tǒng)非常復雜，較難實現(xiàn)。
對于電壓型IPT系統(tǒng)，若采用無線通信模塊的方式實現(xiàn)負載辨識，由于同時存在功率傳輸和無線通信的高頻磁場，兩者相互的干擾，有可能會使能量傳輸和無線通信的可靠性降低。
若采用基于反射阻抗和檢測諧振電壓和電流相位差的辨識方法，理論上雖然能夠精確辨識負載大小，但是實際上，由于要檢測電流峰值，電壓峰值以及兩者的相差。導致硬件電路及其復雜，過多的被檢測量容易影響實際負載識別的精確度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法，能識別有無負載以及有負載時負載的功率等級。
為達到上述目的，本發(fā)明表述一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法，其關鍵在于包括以下步驟
步驟一、組建電壓型IPT系統(tǒng)，并對其原邊電路進行直流供電；
步驟二、在原邊逆變橋電路施加能量注入控制信號，使其處于能量注入狀態(tài)，維持一段時間后，結束能量注入；
步驟三、在原邊逆變橋電路施加自由振蕩控制信號，電源停止對IPT系統(tǒng)供電，使其處于自由諧振狀態(tài)；
步驟四、原邊電路采樣單元在自由諧振狀態(tài)獲得2N個原邊諧振電流峰值和系統(tǒng)工作頻率采樣值，并設定統(tǒng)計次數(shù)K=I，N是人為設定值；
步驟五、在時間節(jié)點\和時間節(jié)點分別提取一個原邊諧振電流峰值ipi (h)和iPJ(tJ);步驟六、計算電路中總的有功耗損部分Rx，Rx包括副邊電路產(chǎn)生的反射阻抗有功部分Rr和原邊線圈的內(nèi)阻損耗部分Rp ；
步驟七、判斷所述電路中總的有功耗損部分Rx是否小于1. 02倍Rp，Rp為諧振電感 Lp的等效串聯(lián)內(nèi)阻；
如果Rx小于1. 02倍Rp，則執(zhí)行判斷是否有無互感耦合值M的流程；
如果Rx大于或等于1. 02倍Rp，則執(zhí)行計算負載阻抗值R^1的流程；
所述判斷是否有無互感耦合值M的流程由以下流程步驟組成
第一步、統(tǒng)計次數(shù)K=K+1 ;
第二步、判斷統(tǒng)計次數(shù)K是否大于人為設定值N ；
如果K不大于人為設定值N，則返回所述步驟五；
如果K大于人為設定值N，則可判斷出是沒有互感耦合值M ;
所述計算負載阻抗值R^1的流程由以下流程步驟組成
第I步、計算所述計算當前K值下的負載阻抗值ReqK ；
第2步、統(tǒng)計次數(shù)K=K+1 ；
第3步、判斷統(tǒng)計次數(shù)K是否大于人為設定值N ；
如果K不大于人為設定值N，則返回所述步驟五；
如果K大于人為設定值N，循環(huán)結束，接下來取N個的數(shù)學平均值，確定為副邊電路的負載阻抗值R^1。
進一步，所述電壓型IPT系統(tǒng)由原邊電路和副邊電路組成；
其中原邊電路設置有全橋，該全橋的電源端連接直流電源，輸出端與原邊諧振電感Lp、原邊補償電容Cp組成一個串聯(lián)回路；
其中副邊電路由副邊諧振電感Ls、副邊補償電容Cs、等效負載電阻Req組成，三者組成一個串聯(lián)回路。
進一步，所述全橋逆變器中的4路開關交替導通或截止，在原邊電路上生成步驟2 所述的能量注入控制信號，當全橋逆變器中兩個橋臂的上管導通、下管截止，或上管截止、 下管導通，進入步驟3所述的自由諧振狀態(tài)。
進一步，所述原邊電路上還安裝有電流互感器，電流互感器獲取在原邊電路上能量注入狀態(tài)和自由諧振狀態(tài)的電流波形，該電流互感器的輸出端連接有諧振電流峰值采樣裝置和諧振電流過零采樣裝置；
所述諧振電流峰值采樣裝置發(fā)送所述電流波形的諧振電流峰值數(shù)據(jù)給辨識單元;
所述諧振電流過零采樣裝置發(fā)送所述電流波形的諧振電流過零數(shù)據(jù)給辨識單元。進一步，在步驟五中，電流互感器檢測到的第i個和第j個峰值分別為ipi(ti)和iPJ(tj)，且峰值時刻分別為ti和同時自由諧振狀態(tài)下原邊電路系統(tǒng)的工作頻率為COd， 且 1 ( i〈j ；進一步，步驟六中，所述電路中總的有功耗損部分
權利要求
1.一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一、組建電壓型IPT系統(tǒng)，并對其原邊電路進行直流供電； 步驟二、在原邊逆變橋電路施加能量注入控制信號，使其處于能量注入狀態(tài)，維持一段時間后，結束能量注入； 步驟三、在原邊逆變橋電路施加自由振蕩控制信號，電源停止對IPT系統(tǒng)供電，使其處于自由諧振狀態(tài)； 步驟四、原邊電路采樣單元在自由諧振狀態(tài)獲得2N個原邊諧振電流峰值和系統(tǒng)工作頻率采樣值，并設定統(tǒng)計次數(shù)K=I，N是人為設定值； 步驟五、在時間節(jié)點\和時間節(jié)點&分別提取一個原邊諧振電流峰值ipi(ti)和iPJ(tJ); 步驟六、計算電路中總的有功耗損部分Rx，Rx主要包括副邊電路產(chǎn)生的反射阻抗有功部分Rr和原邊線圈的內(nèi)阻損耗部分Rp，即諧振電感Lp的等效串聯(lián)內(nèi)阻； 步驟七、判斷所述電路中總的有功耗損部分Rx是否小于I. 02倍Rp ； 如果Rx小于I. 02倍Rp，則執(zhí)行判斷是否有無互感耦合值M的流程； 如果Rx大于或等于I. 02倍Rp，則執(zhí)行計算負載阻抗值Rrai的流程； 所述判斷是否有無互感耦合值M的流程由以下流程步驟組成 第一步、統(tǒng)計次數(shù)K=K+1 ； 第二步、判斷統(tǒng)計次數(shù)K是否大于人為設定值N ； 如果K不大于人為設定值N，則返回所述步驟五； 如果K大于人為設定值N，則可判斷出是沒有互感耦合值M ； 所述計算負載阻抗值Rrai的流程由以下流程步驟組成 第I步、計算所述計算當前K值下的負載阻抗值； 第2步、統(tǒng)計次數(shù)K=K+1 ； 第3步、判斷統(tǒng)計次數(shù)K是否大于人為設定值N ； 如果K不大于人為設定值N，則返回所述步驟五； 如果K大于人為設定值N，循環(huán)結束，接下來取N個的數(shù)學平均值，確定為副邊電路的負載阻抗值R^1。
2.根據(jù)權利要求I所述一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法，其特征在于，所述電壓型IPT系統(tǒng)由原邊電路和副邊電路組成； 其中原邊電路設置有全橋逆變器，該全橋逆變器的電源端連接直流電源，輸出端與原邊諧振電感Lp、原邊補償電容Cp組成一個串聯(lián)回路； 其中副邊電路由副邊諧振電感Ls、副邊補償電容Cs、等效負載電阻R^1組成，三者組成一個串聯(lián)回路。
3.根據(jù)權利要求2所述一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法，其特征在于，所述全橋逆變器中的4路開關交替導通或截止，在原邊電路上生成步驟2所述的能量注入控制信號，當全橋逆變器中兩個橋臂的上管導通、下管截止，或上管截止、下管導通，進入步驟三所述的自由諧振狀態(tài)。
4.根據(jù)權利要求2所述一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法，其特征在于，所述原邊電路上還安裝有電流互感器，電流互感器獲取在原邊電路上能量注入狀態(tài)和自由諧振狀態(tài)的電流波形，該電流互感器的輸出端連接有諧振電流峰值采樣裝置和諧振電流過零采樣裝置； 所述諧振電流峰值采樣裝置發(fā)送所述電流波形的諧振電流峰值數(shù)據(jù)給辨識單元； 所述諧振電流過零采樣裝置發(fā)送所述電流波形的諧振電流過零數(shù)據(jù)給辨識單元。
5.根據(jù)權利要求4所述一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法，其特征在于，在步驟五中，電流互感器檢測到的第i個和第j個峰值分別為ipi(ti)和ipj(tj)，且峰值時刻分別為&和tj,同時自由諧振狀態(tài)下原邊電路系統(tǒng)的工作頻率為Wd,且I彡i〈j ； 步驟六中，所述電路中總的有功耗損部分
6.根據(jù)權利要求4所述一種電壓型無線供電系統(tǒng)負載識別方法，其特征在于， 所述負載阻抗值
全文摘要
本發(fā)明公開包括以下步驟組建電壓型IPT系統(tǒng)，原邊電路采樣單元在自由諧振狀態(tài)獲得2N個原邊諧振電流峰值和系統(tǒng)工作頻率采樣值，并計算副邊電路產(chǎn)生的總的有功耗損部分RX，通過其與原邊線圈內(nèi)阻Rp的比較，判斷是否有無互感耦合值M；若有，則計算負載阻抗值Req。其顯著效果是能利用能量注入和自由諧振兩種基本模式，檢測自由諧振模式期間的振蕩頻率及原邊諧振電流峰值的變化，進而達到識別有無負載以及有負載時負載的功率等級。
文檔編號H02J17/00GK102983638SQ20121043122
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權日2012年11月1日
發(fā)明者王智慧, 孫躍, 蘇玉剛, 唐春森, 戴欣 申請人:重慶大學