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、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)中包含非線性開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，因此呈現(xiàn)出嚴(yán)重的開關(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)置有全橋逆變器，所述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(bǔ)償電容Cp相連組成一個(gè)串聯(lián)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由開關(guān)S控制實(shí)現(xiàn)接通和切斷，所述開關(guān)S與控制器相連，由控制器控制開關(guān)S的通斷；
[0009]所述原邊電路還設(shè)置有電流檢測(cè)裝置，所述電流檢測(cè)裝置與所述原邊諧振電感Lp串聯(lián)，所述電流檢測(cè)裝置還與所述控制器相連，所述電流檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述原邊諧振電感Lp內(nèi)的電流并將所述電流傳輸給所述控制器；
[0010]所述副邊電路由副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs、等效負(fù)載阻抗4組成，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\三者依次相連組成一個(gè)串聯(lián)回路；
[0011]S2:控制器切斷開關(guān)S，使第一電容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所述電流傳輸給所述控制器，所述控制器獲取所述原邊電路電流的第一有效值；
[0013]S4:控制器閉合開關(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所述電流傳輸給所述控制器，所述控制器獲取所述原邊電路電流的第二有效值；
[0015]S6:控制器根據(jù)所述原邊電路電流的第一有效值和第二有效值建立阻抗方程，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)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)置有全橋逆變器，所述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(bǔ)償電容Cp相連組成一個(gè)串聯(lián)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由開關(guān)S控制實(shí)現(xiàn)接通和切斷，所述開關(guān)S與控制器相連，由控制器控制開關(guān)S的通斷，所述原邊電路還設(shè)置有電流檢測(cè)裝置，所述電流檢測(cè)裝置與所述原邊諧振電感Lp串聯(lián)，所述電流檢測(cè)裝置還與所述控制器相連，所述電流檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述原邊諧振電感Lp內(nèi)的電流并將所述電流傳輸給所述控制器；所述副邊電路由副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs、等效負(fù)載阻抗\組成，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&三者依次相連組成一個(gè)串聯(lián)回路；所述電流檢測(cè)裝置包括諧振電流頻率檢測(cè)單元、諧振電流有效值采樣單元和諧振電流過(guò)零采樣單元，所述諧振電流頻率檢測(cè)單元用于檢測(cè)原邊電流的諧振頻率，所述諧振電流有效值采樣單元和諧振電流過(guò)零采樣單元分別對(duì)原邊電路的電流進(jìn)行有效值采樣和電流過(guò)零采樣；所述控制器的輸入端與所述電流檢測(cè)裝置的輸出端相連，所述控制器包括頻率調(diào)節(jié)單元和負(fù)載識(shí)別單元，所述諧振電流過(guò)零采樣單元的輸出端與所述頻率調(diào)節(jié)單元的輸入端相連，所述頻率調(diào)節(jié)單元的輸出端與全橋逆變器相連，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。
[0018]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。
[0019]在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述根據(jù)第一有效值、第二有效值以及對(duì)應(yīng)工作頻率建立的阻抗方程為:
[0020]
Itn.(Up — I pj R P^m I Jni — \.l OXyC s) — Ini *(m p — /,” Rp ).I— \! (o、)
ΛI(xiàn) Ii JLi 1......」Iin Zr2 φιΡ — 1PIRP)*IP2 — Im Zrl *(?—IP2 Rp )./ρ1
【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)置有全橋逆變器，所述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(bǔ)償電容Cp相連組成一個(gè)串聯(lián)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由開關(guān)S控制實(shí)現(xiàn)接通和切斷，所述開關(guān)S與控制器相連，由控制器控制開關(guān)S的通斷； 所述原邊電路還設(shè)置有電流檢測(cè)裝置，所述電流檢測(cè)裝置與所述原邊諧振電感Lp串聯(lián)，所述電流檢測(cè)裝置還與所述控制器相連，所述電流檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述原邊諧振電感Lp內(nèi)的電流并將所述電流傳輸給所述控制器； 所述副邊電路由副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs、等效負(fù)載阻抗Zl組成，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\三者依次相連組成一個(gè)串聯(lián)回路； 52:控制器切斷開關(guān)S，使第一電容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所述電流傳輸給所述控制器，所述控制器獲取所述原邊電路電流的第一有效值與第一工作頻率； S4:控制器閉合開關(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)； 55:電流檢測(cè)裝置檢測(cè)原邊電路的電流并將所述電流傳輸給所述控制器，所述控制器獲取所述原邊電路電流的第二有效值與第二工作頻率； 56:控制器根據(jù)所述原邊電路電流的第一有效值、第二有效值以及對(duì)應(yīng)工作頻率建立阻抗方程，求取等效負(fù)載阻抗\。
2.如權(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:所述電流檢測(cè)裝置的輸入端與原邊電路相連，所述電流檢測(cè)裝置包括諧振電流頻率檢測(cè)單元、諧振電流有效值采樣單元和諧振電流過(guò)零采樣單元，所述諧振電流頻率檢測(cè)單元用于檢測(cè)原邊電流的諧振頻率，所述諧振電流有效值采樣單元和諧振電流過(guò)零采樣單元分別對(duì)原邊電路的電流波形進(jìn)行有效值采樣和電流過(guò)零采樣； 所述控制器的輸入端與所述電流檢測(cè)裝置的輸出端相連，所述控制器包括頻率調(diào)節(jié)單元和負(fù)載識(shí)別單元，所述諧振電流過(guò)零采樣單元的輸出端與所述頻率調(diào)節(jié)單元的輸入端相連，所述頻率調(diào)節(jié)單元的輸出端與全橋逆變器相連，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。
3.如權(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:所述根據(jù)第一有效值、第二有效值以及對(duì)應(yīng)工作頻率建立的阻抗方程為:
4.一種利用權(quán)利要求1所述電壓型無(wú)線供電系統(tǒng)負(fù)載識(shí)別方法的進(jìn)行負(fù)載識(shí)別的系統(tǒng)，其特征在于:包括電壓型IPT系統(tǒng)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)置有全橋逆變器，所述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(bǔ)償電容Cp相連組成一個(gè)串聯(lián)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由開關(guān)S控制實(shí)現(xiàn)接通和切斷，所述開關(guān)S與控制器相連，由控制器控制開關(guān)S的通斷，所述原邊電路還設(shè)置有電流檢測(cè)裝置，所述電流檢測(cè)裝置與所述原邊諧振電感Lp串聯(lián)，所述電流檢測(cè)裝置還與所述控制器相連，所述電流檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述原邊諧振電感Lp內(nèi)的電流并將所述電流傳輸給所述控制器； 所述副邊電路由副邊諧振電感Ls、副邊補(bǔ)償電容Cs、等效負(fù)載阻抗\組成，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\三者依次相連組成一個(gè)串聯(lián)回路； 所述電流檢測(cè)裝置包括諧振電流頻率檢測(cè)單元、諧振電流有效值采樣單元和諧振電流過(guò)零采樣單元，所述諧振電流頻率檢測(cè)單元用于檢測(cè)原邊電流的諧振頻率，所述諧振電流有效值采樣單元和諧振電流過(guò)零采樣單元分別對(duì)原邊電路的電流進(jìn)行有效值采樣和電流過(guò)零采樣； 所述控制器的輸入端與所述電流檢測(cè)裝置的輸出端相連，所述控制器包括頻率調(diào)節(jié)單元和負(fù)載識(shí)別單元，所述諧振電流過(guò)零采樣單元的輸出端與所述頻率調(diào)節(jié)單元的輸入端相連，所述頻率調(diào)節(jié)單元的輸出端與全橋逆變器相連，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。
5.如權(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:所述原邊電路上還安裝有電流互感器，所述電流互感器用于獲取原邊電路諧振狀態(tài)的電流波形，所述電流互感器的輸出端與所述諧振電流頻率檢測(cè)單元、所述諧振電流有效值值采樣單元和諧振電流過(guò)零采樣單元的輸入端相連。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK103427501SQ201310361796
【公開日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】蘇玉剛, 王智慧, 孫躍, 高立克, 祝文姬, 戴欣, 唐春森, 周柯, 李珊, 葉兆虹, 吳智丁, 吳麗芳, 吳劍豪, 俞小勇, 李克文 申請(qǐng)人:重慶大學(xué), 廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院