一種四自由度雙向無線電能傳輸系統(tǒng)雙參數(shù)監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種雙向無線電能傳輸系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測平臺，尤其適用于對系統(tǒng)關(guān)鍵參 數(shù)進行實時監(jiān)測的能量雙向流動的無線電能傳輸領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙向無線電能傳輸系統(tǒng)由于其能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動，因而在1側(cè)和2側(cè)具有對 等的拓撲，特別適用于電動汽車之間的無線供電。由于電動汽車車載電池的儲能有限，當(dāng)能 量無線傳輸至另一電動汽車時，必須要有較高的功率因數(shù)和傳輸效率。而使系統(tǒng)能夠在較 高的功率因數(shù)和傳輸效率下進行能量互動，運與對影響系統(tǒng)功率因數(shù)和傳輸效率關(guān)鍵參數(shù) 的實時監(jiān)測密不可分。只有實時掌握影響系統(tǒng)功率因數(shù)和傳輸效率關(guān)鍵參數(shù)的動態(tài)變化才 能做出相應(yīng)的控制措施使得系統(tǒng)在運行過程中始終具有較高的功率因數(shù)和傳輸效率。
[0003] 迄今為止，還未出現(xiàn)一種能夠?qū)ο到y(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)測的簡單方法。目前，出 現(xiàn)的參數(shù)監(jiān)測方式大都是在需要監(jiān)測的關(guān)鍵參數(shù)處裝設(shè)檢測裝置，并通過通信設(shè)備傳輸監(jiān) 測參數(shù)。運無疑增加了系統(tǒng)的設(shè)計難度和復(fù)雜度，同時也增加了系統(tǒng)的總體技術(shù)成本和經(jīng) 濟成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種四自由度雙向無線電能傳輸系統(tǒng)雙參數(shù) 監(jiān)測方法，對雙向無線電能傳輸系統(tǒng)1側(cè)控制器輸出電壓Uab和2側(cè)控制器輸出電壓Ucd的電 壓比和相角差變化進行實時監(jiān)測。
[000引技術(shù)方案:一種四自由度雙向無線電能傳輸系統(tǒng)雙參數(shù)監(jiān)測方法，所述雙向無線 電能傳輸系統(tǒng)包括相對平行設(shè)置的1側(cè)諧振線圈Tx和2側(cè)諧振線圈Rx,所述諧振線圈Tx和Rx 均為半徑均為r的圓形線圈，線圈應(yīng)數(shù)均為N;所述雙參數(shù)監(jiān)測方法基于的監(jiān)測平臺包括串 聯(lián)的圓形監(jiān)測線圈和監(jiān)測電阻，所述圓形監(jiān)測線圈設(shè)置在諧振線圈Tx和Rx中間位置，所述監(jiān) 測線圈的半徑為（1 /3~1 /2)r，應(yīng)數(shù)n滿足N: n = 3~5:1，監(jiān)測電阻的阻值R滿足R: O L = 10~ 15:1，CO為系統(tǒng)的諧振角頻率，L為監(jiān)測線圈電感值；W所述諧振線圈Tx和諧振線圈Rx圓屯、連 線的中點為原點，建立空間直角坐標(biāo)系，監(jiān)測線圈的位置為:沿X軸或Z軸偏移，或W原點為 中屯、繞Z軸旋轉(zhuǎn)偏移，或W原點為中屯、繞X軸旋轉(zhuǎn)偏移；
[0006] 所述雙參數(shù)監(jiān)測方法包括對雙向無線電能傳輸系統(tǒng)1側(cè)控制器輸出電壓Uab和2側(cè) 控制器輸出電壓化d的電壓比和相角差進行監(jiān)測，包括如下步驟：
[0007] 首先，根據(jù)監(jiān)測平臺的設(shè)置計算出監(jiān)測線圈與諧振線圈Tx、Rx的互感分別為Mi和 M2;在雙向無線電能傳輸系統(tǒng)運行時，控制化d保持在某一電壓值，獲取監(jiān)測電阻兩端的電壓 波形；然后WUcd為基準，對電壓波形進行傅里葉變換，得到所述監(jiān)測電阻的電壓相量 & 化&Z糾此Z0,其中目為電壓Uab和電壓Ucd之間的相角差，系數(shù)ki= O2MiCi,系數(shù)k2= ? 2M2C2，Ci、C2分別為雙向無線電能傳輸系統(tǒng)1側(cè)和2側(cè)的IXL型諧振網(wǎng)絡(luò)中的電容值，并滿足Cl =〇2；
[000引對所述電壓相量的進行處理:定義相量另=Air.,,,z0十/;,ZO ^公Zd，則相量i的幅 值
，s為其相角；由于ki = k2，則定義相量技=會/({/。,；)，其幅值
，相量占 I與B'的相角 一致，則
，其中O = Uab/化d，O即為電壓Uab和電壓化d的電壓比；實時監(jiān)測 B'和S的變化即可實現(xiàn)對相角差0和電壓比O的變化的實時監(jiān)測。
[0009] 有益效果:本發(fā)明的一種四自由度雙向無線電能傳輸系統(tǒng)雙參數(shù)監(jiān)測方法，對影 響系統(tǒng)功率因數(shù)和傳輸效率的關(guān)鍵參數(shù)進行實時在線監(jiān)測來掌握其動態(tài)變化，為系統(tǒng)在較 高的功率因數(shù)和傳輸效率下進行能量互動提供了一定的保證。
[0010] 本發(fā)明的特點是利用放置在1、2側(cè)諧振線圈中間點處的監(jiān)測線圈及與之串聯(lián)的監(jiān) 測電阻作為監(jiān)測平臺本身，W監(jiān)測線圈與兩個諧振線圈的互感為媒介來獲取系統(tǒng)變換器1、 2側(cè)變換器輸出電壓的幅值比和相位差，具體是通過監(jiān)測電阻的電壓相量來間接反映。監(jiān)測 線圈的位置相對原點偏移并在上述的四自由度內(nèi)時，其任意方向下互感的變化對監(jiān)測系統(tǒng) 兩側(cè)電壓比沒有任何精度上的影響。同時，監(jiān)測線圈的半徑設(shè)為（1/3~l/2)r，應(yīng)數(shù)為n?N， 較小的線圈半徑即應(yīng)數(shù)是為了保證相對較高的監(jiān)測精度，同時降低監(jiān)測線圈的引入給雙向 無線電能傳輸系統(tǒng)本身帶來不利影響；同時為了盡可能減少監(jiān)測電阻的耗能，R〉〉《 L。
[0011] 本發(fā)明所設(shè)計的參數(shù)監(jiān)測平臺具有結(jié)構(gòu)簡單，監(jiān)測參數(shù)多，多自由度，對系統(tǒng)不利 影響小的特點，而且能夠在不增加系統(tǒng)設(shè)計難度的前提下進行應(yīng)用，避免了目前采用裝設(shè) 檢測裝置測量參數(shù)的方法，解決了雙向無線電能傳輸系統(tǒng)多參數(shù)在線實時監(jiān)測的問題，能 夠在參數(shù)變化較大范圍內(nèi)對其進行監(jiān)測，同時參數(shù)監(jiān)測結(jié)果具有較高的精度。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明方法基于的監(jiān)測平臺的電氣原理圖；
[0013] 圖2為諧振線圈和監(jiān)測線圈的放置圖；
[0014] 圖3為監(jiān)測線圈沿X軸偏移的結(jié)構(gòu)圖；
[0015] 圖4為監(jiān)測線圈沿Z軸偏移的結(jié)構(gòu)圖；
[0016] 圖5為監(jiān)測線圈繞Z軸旋轉(zhuǎn)偏移的結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖6為監(jiān)測線圈繞X軸做旋偏移的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。
[0019] 圖1為雙向無線電能傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)監(jiān)測電路圖。1側(cè)包括電池 VI、變換器1、 IXL型諧振網(wǎng)絡(luò)、控制器1;變換器1為單相全橋可逆整流器，連接電池 Vl和LCL型諧振網(wǎng)絡(luò)； IXL型諧振網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)濾波電感Lm、并聯(lián)電容CiW及線圈^1。2側(cè)包括電池 V2、變換器2、控 制器2、LCL型諧振網(wǎng)絡(luò);變換器2為單相全橋可逆整流器，單相全橋可逆整流器連接電池2和 IXL型諧振網(wǎng)絡(luò);IXL型諧振網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)濾波電感Ln、并聯(lián)電容CsW及線圈L21，并將電容Cl 和C2值配置成一致。
[0020]在進行雙向無線電能傳輸控制研究實驗時，拓撲結(jié)構(gòu)中的線圈和線圈L21分別 對應(yīng)圖2中1側(cè)的圓形諧振線圈Tx和2側(cè)的圓形諧振線圈Rx,諧振線圈Tx和Rx具有相同的電氣 參數(shù)及外形結(jié)構(gòu)，其線圈半徑均為r，線圈應(yīng)數(shù)均為N。諧振線圈Tx和諧振線圈Rx相對并同軸 設(shè)置，兩者距離為d。
[0021 ] 檢測平臺包括串聯(lián)的監(jiān)測線圈和監(jiān)測電阻；監(jiān)測線圈也為圓形，其半徑為（1/3~ 1 /2 )r