一種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤的動(dòng)態(tài)調(diào)諧方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤的動(dòng)態(tài)調(diào)諧方法。該方法利用發(fā)送端電路諧振時(shí)，發(fā)送線圈的電流有效值與發(fā)送端直流側(cè)電源電流有效值比值最小的原理來動(dòng)態(tài)的跟蹤發(fā)送端電路的諧振頻率，即通過不斷微調(diào)逆變器工作頻率跟蹤發(fā)送線圈的電流有效值與發(fā)送端直流側(cè)電源電流有效值比值，使得該電流比值實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的處于最小值，從而實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤動(dòng)態(tài)調(diào)諧，使得發(fā)送端電路處于或接近完全諧振的狀態(tài)，以提高發(fā)送端電路的有功功率，進(jìn)而提高無線電能傳輸設(shè)備的傳輸功率和效率。且其電路的復(fù)雜程度低，實(shí)施成本低，易于推廣。
【專利說明】
-種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤的動(dòng)態(tài)調(diào)諧方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤的動(dòng)態(tài)調(diào)諧方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線電能傳輸技術(shù)，是一種新興的電能傳輸技術(shù)，其應(yīng)用廣泛，如電動(dòng)汽車、醫(yī)療 器械、照明、水下探測(cè)等等。無線電能傳輸技術(shù)極大的提高了用電設(shè)備的供電靈活性，同時(shí) 避免了傳統(tǒng)接觸式供電方式的火花、磨損等問題，提高了設(shè)備的供電安全性，因而具備極大 的發(fā)展?jié)摿Α?br>[0003] 感應(yīng)式無線電能傳輸技術(shù)較其它無線電能傳輸技術(shù)，能夠更好的進(jìn)行短距離的大 功率傳輸，有著更好的發(fā)展和應(yīng)用前景。感應(yīng)式無線電能傳輸裝置由發(fā)送端和接收端兩部 分組成。
[0004] 第一部分是感應(yīng)式無線電能傳輸裝置的發(fā)送端，其組成及功能主要是:發(fā)送端直 流電源提供直流電壓，隨后由逆變器將直流電逆變成高頻交流電，高頻交流電在發(fā)送線圈 中流動(dòng)產(chǎn)生高頻交變磁場(chǎng);第二部分是感應(yīng)式無線電能傳輸裝置的接收端，其組成及功能 主要是:接收端的接收線圈感應(yīng)到發(fā)送線圈產(chǎn)生的高頻交變磁場(chǎng)，在接收線圈中感應(yīng)出高 頻的交流電，高頻交流電經(jīng)過整流器整流成直流電提供給負(fù)載，完成電能的無線傳輸。
[0005] 感應(yīng)式無線電能傳輸?shù)年P(guān)鍵問題在于，接收線圈和發(fā)送線圈之間的能量傳輸，當(dāng) 感應(yīng)式無線電能傳輸裝置的發(fā)送端和接收端電路都處于諧振狀態(tài)且諧振頻率相同時(shí)，裝置 的傳輸功率和傳輸效率達(dá)到最大。由于發(fā)送線圈與接收線圈存在一定的氣隙，二者為松禪 合結(jié)構(gòu)，使得發(fā)送線圈與接收線圈的漏感很大，同時(shí)，溫度、濕度等因素均會(huì)使線路的阻抗 發(fā)生變化;從而導(dǎo)致了發(fā)送線圈無功功率的增加，降低了電能的傳輸功率和效率。
[0006] 為了提高無線電能傳輸裝置的傳輸功率和效率，目前現(xiàn)有發(fā)送端調(diào)諧裝置有通過 電容陣列的方法，對(duì)發(fā)送端線圈漏感進(jìn)行補(bǔ)償使其工作在諧振頻率上。但由于電容陣列只 能工作在有限個(gè)離散的電容值點(diǎn)上，調(diào)節(jié)范圍有限，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的無級(jí)精確調(diào)諧。同時(shí)， 也有采用頻率跟蹤算法來實(shí)現(xiàn)諧振頻率的跟蹤，但現(xiàn)有的頻率跟蹤算法大多采用硬件電路 對(duì)逆變電壓和電流相位差進(jìn)行測(cè)量，再進(jìn)行逆變器的頻率跟蹤控制，但由于噪聲等因素的 影響，會(huì)導(dǎo)致逆變電壓、電流的相位差測(cè)量出現(xiàn)誤差，不易使裝置處于諧振狀態(tài)，并且增加 了電路的復(fù)雜程度，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種基于最小電流比值的無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟 蹤的動(dòng)態(tài)調(diào)諧方法，該方法能對(duì)無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端的工作頻率實(shí)現(xiàn)連續(xù)的無級(jí)精確 調(diào)諧，使得發(fā)送端電路更精確地接近完全諧振狀態(tài)，發(fā)送端的有功功率高，無線電能傳輸設(shè) 備的傳輸功率和效率高;且其電路的復(fù)雜程度低，實(shí)施成本低，易于推廣。
[0008] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率 跟蹤的動(dòng)態(tài)調(diào)諧方法，包括W下步驟：
[0009] A、初始時(shí)，控制器將逆變器的額定頻率設(shè)為當(dāng)前頻率fo,并由控制器控制逆變器 的工作頻率為當(dāng)前頻率fo;
[0010] B、控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在當(dāng)前頻率下的電源電流有效值Ido,同時(shí)接收到在 當(dāng)前頻率下的發(fā)送線圈電流有效值Iao,進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值 no
[00川 C、控制器將當(dāng)前頻率時(shí)加上設(shè)定的頻率調(diào)節(jié)量□/，得至賊大頻率fi，
， 控制器控制逆變器的工作頻率為較大頻率fi;控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在較大頻率下的 電源電流有效值iDl，同時(shí)接收到在較大頻率下的發(fā)送線圈電流有效值lAl，進(jìn)而計(jì)算出較大 頻率下的線圈電流與電源電流比值111，
[0012] D、如果當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較大頻率下的線圈電流與 電源電流比值m，即％>心則令當(dāng)前工作頻率f〇=fi，轉(zhuǎn)E步；否則，將當(dāng)前工作頻率時(shí)減去 設(shè)定頻率調(diào)節(jié)量.□./，得到較小頻率f2
巧令f〇 = f2,轉(zhuǎn)H步；
[0013] E、控制器控制逆變器的工作頻率為當(dāng)前頻率fo;同時(shí)，控制器接收到發(fā)送端直流 側(cè)在當(dāng)前頻率下的電源電流有效值Ido,同時(shí)接收到在當(dāng)前頻率下的發(fā)送線圈電流有效值 Iao,進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值no
[0014] F、控制器將當(dāng)前頻率fo加上頻率調(diào)節(jié)量□/ :，得到較大頻率fi，乂 = ./〇 W/，輕制器 控制逆變器的工作頻率為較大頻率fi;控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在較大頻率下的電源電 流有效值Idi,同時(shí)接收到在較十硫莖下的發(fā)送線圈電流有效值lAi，進(jìn)而計(jì)算出較大頻率下 的線圈電流與電源電流比值m
[0015] G、如果當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較大頻率下的線圈電流與 電源電流比值化，即恥 >化，則令當(dāng)前工作頻率fo = fi，轉(zhuǎn)E步;否則，轉(zhuǎn)K步；
[0016] H、控制器控制逆變器的工作頻率為當(dāng)前頻率fo;同時(shí)，控制器接收到發(fā)送端直流 側(cè)在當(dāng)前頻率下的電源電流有效值Ido,同時(shí)接收到在當(dāng)前頻率下的發(fā)送線圈電流有效值 Iao,進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％
[0017] I、控制器將當(dāng)前頻率時(shí)減去設(shè)定頻率調(diào)節(jié)量□/，得至賊小頻率f2
，控 制器控制逆變器的工作頻率為較小頻率f2;控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在較小頻率下的電 源電流有效值Id2,同時(shí)接收到在較小頻率下的發(fā)送線圈電流有效值IA2,進(jìn)而計(jì)算出較小頻 率下的線圈電流與電源電流比值屯
[0018] J、如果當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較小頻率下的線圈電流與 電源電流比值也，即n日 >也;則令當(dāng)前工作頻率fo = f2，轉(zhuǎn)H步;否則，轉(zhuǎn)K步；
[0019] K、控制器記錄當(dāng)前頻率fo,并將當(dāng)前頻率fo設(shè)定為無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端的工 作頻率，本次逆變器的頻率跟蹤動(dòng)態(tài)調(diào)諧過程結(jié)束。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0021] -、本發(fā)明不需要額外增加發(fā)送端電壓、電流的相位檢測(cè)電路，只需檢測(cè)發(fā)送端直 流側(cè)電源的電流有效值和發(fā)送線圈的電流有效值，根據(jù)電流比值是否最小就能判斷發(fā)送端 電路是否工作在諧振狀態(tài);具有裝置簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性強(qiáng)、易于推廣等優(yōu)點(diǎn)。
[0022] 二、工作頻率變化時(shí)，發(fā)送線圈電流有效值與直流側(cè)電源電流有效值比值會(huì)發(fā)生 相應(yīng)變化，當(dāng)該比值處于最小時(shí)，其對(duì)應(yīng)的頻率即為諧振頻率。本發(fā)明通過頻率擾動(dòng)跟蹤逼 近方法，找出發(fā)送線圈電流有效值與直流側(cè)電源電流有效值的最小比值，從而找到系統(tǒng)的 諧振頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)送端工作頻率的連續(xù)、無級(jí)、精確調(diào)諧，使得發(fā)送端電路更精確地 接近完全諧振狀態(tài)，發(fā)送端的有功功率高，無線電能傳輸設(shè)備的傳輸功率和效率高。
[0023] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】是，一種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤的動(dòng)態(tài)調(diào) 諧方法，包括W下步驟：
[0025] A、初始時(shí)，控制器將逆變器的額定頻率設(shè)為當(dāng)前頻率fo,并由控制器控制逆變器 的工作頻率為當(dāng)前頻率fo;
[0026] B、控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在當(dāng)前頻率下的電源電流有效值Ido,同時(shí)接收到在 當(dāng)前頻率下的發(fā)送線圈電流有效值Iao,進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值 巧0:
[0027] C、控制器將當(dāng)前頻率fo加上設(shè)定的頻率調(diào)節(jié)量□/，得到較大頻率fi，，
， 控制器控制逆變器的工作頻率為較大頻率fi;控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在較大頻率下的 電源電流有效值iDl，同時(shí)接收到在較大頻率下的發(fā)送線圈電流有效值lAl，進(jìn)而計(jì)算出較大 頻率下的線圈電流與電源電流比值111，
[0028] D、如果當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較大頻率下的線圈電流與 電源電流比值m，即％>心則令當(dāng)前工作頻率f〇=fi，轉(zhuǎn)E步；否則，將當(dāng)前工作頻率fo減去 設(shè)定頻率調(diào)節(jié)量□/，得到較小頻率f 2，
再令f〇 = f2,轉(zhuǎn)H步；
[0029] E、控制器控制逆變器的工作頻率為當(dāng)前頻率fo;同時(shí)，控制器接收到發(fā)送端直流 側(cè)在當(dāng)前頻率下的電源電流有效值Ido,同時(shí)接收到在當(dāng)前頻率下的發(fā)送線圈電流有效值 Iao,進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％，
[0030] F、控制器將當(dāng)前頻率fo加上頻率調(diào)節(jié)量□/，得到較大頻率fi，乂 =/〇 W/，控制器 控制逆變器的工作頻率為較大頻率fi;控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在較大頻率下的電源電 流有效值Idi,同時(shí)接收到在較大頻率下的發(fā)送線圈電流有效值lAi，進(jìn)而計(jì)算出較大頻率下 的線圈電流與電源電流比值化，
[0031] G、如果當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較大頻率下的線圈電流與 電源電流比值化，即恥 >化，則令當(dāng)前工作頻率fo = fi，轉(zhuǎn)E步;否則，轉(zhuǎn)K步；
[0032] H、控制器控制逆變器的工作頻率為當(dāng)前頻率fo;同時(shí)，控制器接收到發(fā)送端直流 側(cè)在當(dāng)前頻率下的電源電流有效值Ido,同時(shí)接收到在當(dāng)前々發(fā)送線圈電流有效值 Iao,進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％:
[0033] I、控制器將當(dāng)前頻率時(shí)減去設(shè)定頻率調(diào)節(jié)量□/，得到較小頻率f2
控 制器控制逆變器的工作頻率為較小頻率f2;控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在較小頻率下的電 源電流有效值Id2,同時(shí)接收到在較小頻率下的發(fā)送線圈電流有效值IA2,進(jìn)而計(jì)算出較小頻 率下的線圈電流與電源電流比值屯
[0034] J、如果當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較小頻率下的線圈電流與 電源電流比值也，即n日 >也;則令當(dāng)前工作頻率fo=f2，轉(zhuǎn)H步;否則，轉(zhuǎn)K步；
[0035] K、控制器記錄當(dāng)前頻率fo,并將當(dāng)前頻率時(shí)設(shè)定為無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端的工 作頻率，本次逆變器的頻率跟蹤動(dòng)態(tài)調(diào)諧過程結(jié)束。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤的動(dòng)態(tài)調(diào)諧方法，包括W下步驟： A、 初始時(shí)，控制器將逆變器的額定頻率設(shè)為當(dāng)前頻率時(shí)，并由控制器控制逆變器的工作 頻率為當(dāng)前頻率fo; B、 控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在當(dāng)前頻率下的電源電流有效值Ido,同時(shí)接收到在當(dāng)前 頻率下的發(fā)送線圈電流有效值ΙΑΟ,進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％， 爾奪； C、 控制器將當(dāng)前頻率fo加上設(shè)定的頻率調(diào)節(jié)量□/，得到較大頻率fi，乂 =/〇 W/，控制 器控制逆變器的工作頻率為較大頻率fl;控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在較大頻率下的電源 電流有效值IDI，同時(shí)接收到在較大頻率下的發(fā)送線圈電流有效值lAl，進(jìn)而計(jì)算出較大頻率 下的線圈電流與電源電流比值 D、 如果當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值no大于較大頻率下的線圈電流與電源電 流比值屯，即％>屯；則令當(dāng)前工作頻率fo = fi，轉(zhuǎn)E步；否則，將當(dāng)前工作頻率fo減去設(shè)定頻 率調(diào)節(jié)量□/ .，得到較小頻率f2，矣=Λ 再令f〇 = f2，轉(zhuǎn)Η步； Ε、控制器控制逆變器的工作頻率為當(dāng)前頻率時(shí);同時(shí)，控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在當(dāng) 前頻率下的電源電流有效值Ido,同時(shí)接收到在當(dāng)前頻率下的發(fā)送線圈電流有效值ΙΑΟ,進(jìn)而 計(jì)算出當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值％，而 玉m F、 控制器將當(dāng)前頻率fo加上頻率調(diào)節(jié)量□/，得到較大頻率fi，乂 =/〇 W/，控制器控制 逆變器的工作頻率為較大頻率fi;控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在較大頻率下的電源電流有 效值IDI，同時(shí)接收到在較大頻率下的發(fā)送線圈電流有效值lAl，進(jìn)而計(jì)算出較大頻率下的線 圈電流與電源電流比值化，巧=; J'm' G、 如果當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值no大于較大頻率下的線圈電流與電源電 流比值化，即恥>化，則令當(dāng)前工作頻率f日二f 1，轉(zhuǎn)E步;否則，轉(zhuǎn)K步； H、 控制器控制逆變器的工作頻率為當(dāng)前頻率時(shí);同時(shí)，控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在當(dāng) 前頻率下的電源電流有效值Ido,同時(shí)接收到在當(dāng)前頻率下的發(fā)送線圈電流有效值ΙΑΟ,進(jìn)而 計(jì)算出當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值no,^ ; 乂規(guī) I、 控制器將當(dāng)前頻率fo減去設(shè)定頻率調(diào)節(jié)量□/，得到較小頻率f2，Λ =/〇-0/，控制器 控制逆變器的工作頻率為較小頻率f2;控制器接收到發(fā)送端直流側(cè)在較小頻率下的電源電 流有效值Id2,同時(shí)接收到在較小頻率下的發(fā)送線圈電流有效值IA2,進(jìn)而計(jì)算出較小頻率下 的線圈電流與電源電流比值也，化 支巧疋 J、 如果當(dāng)前頻率下的線圈電流與電源電流比值no大于較小頻率下的線圈電流與電源電 流比值屯，即η〇>η2;則令當(dāng)前工作頻率f〇=f2，轉(zhuǎn)Η步;否則，轉(zhuǎn)K步； Κ、控制器記錄當(dāng)前頻率fo,并將當(dāng)前頻率fo設(shè)定為無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端的工作頻 率，本次逆變器的頻率跟蹤動(dòng)態(tài)調(diào)諧過程結(jié)束。
【文檔編號(hào)】H02J50/12GK105978169SQ201610206080
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月5日
【發(fā)明人】麥瑞坤, 徐丹露, 楊鳴凱, 李研玲, 何正友
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)