一種雙源無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)參數(shù)在線(xiàn)檢測(cè)和電源協(xié)同控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，特別設(shè)及一種雙源無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)的控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)下，磁禪合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸技術(shù)已經(jīng)在智能家居、醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)施、軌道交通 等領(lǐng)域引發(fā)了新一輪的變革，擺脫導(dǎo)線(xiàn)的束縛成為了大眾共同的期許。
[0003] 但磁禪合諧振式無(wú)線(xiàn)電能傳輸系統(tǒng)中發(fā)射線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈之間是通過(guò)空氣為媒 介進(jìn)行能量的傳輸，因此在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，即負(fù)載端的信息無(wú)法及時(shí)反饋到 電源側(cè)，那么在接收線(xiàn)圈位置發(fā)生變化時(shí)，如果電源無(wú)法做出相應(yīng)的調(diào)控措施，就無(wú)法控制 負(fù)載的接收功率和系統(tǒng)的傳輸效率。一種可行的解決方案是采用無(wú)線(xiàn)通訊的方式進(jìn)行發(fā)射 端與接收端之間的信息交互，但此種控制方法不僅增加了系統(tǒng)的控制難度，通訊裝置的可 靠性也會(huì)受到工作環(huán)境的影響。另一方面，傳統(tǒng)的單源無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)在供電自由度上受到 了極大的限制，傳輸功率和效率會(huì)隨著收發(fā)線(xiàn)圈互感的減小而急劇下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種雙源無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)參數(shù)在線(xiàn)檢測(cè)和電源 協(xié)同控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸功率和效率的實(shí)時(shí)控制。
[0005] 技術(shù)方案：一種雙源無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)參數(shù)在線(xiàn)檢測(cè)和電源協(xié)同控制方法，所述雙源 無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)包括兩組可調(diào)電壓源、無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置，所述無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置包括兩個(gè) 發(fā)射線(xiàn)圈和一個(gè)接收線(xiàn)圈，所述接收線(xiàn)圈連接負(fù)載并位于兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈之間，每個(gè)發(fā)射線(xiàn) 圈連接一組可調(diào)電壓源；包括如下步驟：
[0006] 步驟1)，在線(xiàn)檢測(cè)所述兩組可調(diào)電壓源的輸出電壓和電流，計(jì)算出所述接收線(xiàn)圈 分別與兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈的互感大小Ml, M2,具體為：
[0007] 當(dāng)兩組可調(diào)電壓源輸出電流的相角差5聲0°時(shí)，
[0008]
[0009] 當(dāng)兩組可調(diào)電壓源輸出電流的相角差5 = 0°時(shí)，
[0010]
W11]式中，E =巧S(Ui)-I化）12+〇2 巧6(?)-IzRzHl 陽(yáng)〇1引其中，Ui,也Ii, 12分別為兩組可調(diào)電壓源輸出的電壓和電流值，0'巧分別為兩組 可調(diào)電壓源各自輸出電壓與電流的相角差，Ri, Rz分別為兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈的內(nèi)阻，《為無(wú)線(xiàn)電 能傳輸裝置工作頻率，Zs為接收線(xiàn)圈阻抗，D為II和I2之間的幅值倍數(shù)；
[0013] 步驟2)，所述接收線(xiàn)圈輸出功率為
，根據(jù)負(fù)載所需功率P。 的要求，得到滿(mǎn)足P。。,=P。時(shí)所述兩組可調(diào)電壓源的輸出電壓組合；其中，RL為負(fù)載電阻；
[0014] 步驟3)，遍歷所述步驟2)得到的輸出電壓組合，計(jì)算不同輸出電壓組合下無(wú)線(xiàn)電 能傳輸效率n，選出傳輸效率n最高的一組作為所述兩組可調(diào)電壓源的最優(yōu)輸出電壓；其 中，所述無(wú)線(xiàn)電能傳輸效率n為：
[0015]
[0016] 其中，氏1，Rs2分別為兩組可調(diào)電壓源的內(nèi)阻，P1。為兩組可調(diào)電壓源輸出功率總 和；
[0017] 步驟4)，根據(jù)所述步驟3)得到的兩組可調(diào)電壓源的最優(yōu)輸出電壓，對(duì)兩組可調(diào)電 壓源進(jìn)行控制。
[001引有益效果：本發(fā)明的一種雙源無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)參數(shù)在線(xiàn)檢測(cè)和電源協(xié)同控制方法， 首先檢測(cè)兩組可調(diào)電壓源的實(shí)際輸出電壓、電流和電流相位差，算得到收發(fā)線(xiàn)圈間的互感 系數(shù)；然后，根據(jù)負(fù)載大小和實(shí)際功率需求，對(duì)兩組可調(diào)電壓源進(jìn)行協(xié)同控制，同時(shí)達(dá)到穩(wěn) 定的功率輸出和較高的傳輸效率的目的；最后，根據(jù)傳輸效率篩選出效率最高的一組作為 實(shí)際的電源輸出。根據(jù)上述控制策略可W得到最優(yōu)的供電組合，使得負(fù)載獲得高效且穩(wěn)定 的能量供給，拓寬了無(wú)線(xiàn)供電的范圍并實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳輸功率和效率的實(shí)時(shí)控制，適用于對(duì)工 作穩(wěn)定性和效率要求較高的移動(dòng)設(shè)備供電。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為雙源無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)參數(shù)在線(xiàn)檢測(cè)和電源協(xié)同控制的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為雙源無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)的等效電路圖；
[0021] 圖3為滿(mǎn)足雙源無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)功率方程的電壓組合；
[0022] 圖4為不同位置處接收線(xiàn)圈的最優(yōu)供電組合；
[0023] 圖5為不同位置處接收線(xiàn)圈最優(yōu)供電組合所對(duì)應(yīng)的傳輸效率。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[00巧]如圖1所示，雙源無(wú)線(xiàn)供電系統(tǒng)參數(shù)在線(xiàn)檢測(cè)和電源協(xié)同控制方法所基于的系統(tǒng) 包括兩組可調(diào)電壓源、源端電壓電流檢測(cè)及互感計(jì)算模塊、電源協(xié)同控制模塊、無(wú)線(xiàn)電能傳 輸裝置和負(fù)載。無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置包括兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈和一個(gè)接收線(xiàn)圈，接收線(xiàn)圈連接負(fù)載 并位于兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈之間，接收線(xiàn)圈的方向不受限制，每個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈連接一組可調(diào)電壓源， 雙無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置通過(guò)磁禪合諧振的方式實(shí)現(xiàn)。
[0026] 無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置的等效電路如圖2所示，其中Mi為接收線(xiàn)圈Rxl與第一個(gè)發(fā)射 線(xiàn)圈Txl之間的互感，Mz為接收線(xiàn)圈Rxl與第二個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈Tx2之間的互感，M12為第一個(gè) 發(fā)射線(xiàn)圈Txl與第二個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈Tx2之間的互感。本實(shí)施例中，兩組可調(diào)電壓源的內(nèi)阻Rd =氏2二50Q，諧振頻率f= 480曲Z;兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈的參數(shù)完全相同，其線(xiàn)徑al= 0. 001m， 線(xiàn)圈半徑rl= 0. 15m，線(xiàn)圈應(yīng)數(shù)NI= 26,兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈的內(nèi)阻分別為Ri,R2,兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈 連接的電容分別為Cl,C2,兩個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈的電感分別為L(zhǎng)i,Lz;接收線(xiàn)圈的線(xiàn)徑曰2二0.001m， 半徑r2 = 0.037m，應(yīng)數(shù)N2 = 44,接收線(xiàn)圈的內(nèi)阻為R3,接收線(xiàn)圈連接的電容為C3,接收線(xiàn) 圈的電感為L(zhǎng)3,接收線(xiàn)圈連接的負(fù)載電阻為町。
[0027]根據(jù)圖2,列出KVL方程： 0j妨減，jcoM.-Z3
[002引 巧二與 -jwM，/2 _巧」-jcoM,J[/3_
[0029] 式中，Ui，Ii分別為第一組可調(diào)電壓源輸出的電壓和電流值，U 2, I2分別為第二組可 調(diào)電壓源輸出的電壓和電流值，《為無(wú)線(xiàn)電能傳輸裝置工作頻率，Zi, Z2, Zs分別第一個(gè)發(fā)射 線(xiàn)圈TxU第二個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈Tx2 W及接收線(xiàn)圈Rxl的阻抗，13為接收線(xiàn)圈輸出電流值。其中， ? = 2 JT f，Ri= Rz，。= Cz'Ll= Lz'Zi= Rsi+Ri+1/j ?Ci+j ?Li，Z2= Rs2+R2+l/j wCz+j uLz， Z3= R 3+Rl+1/j' U C3+J'W L3。
[0030] 兩組可調(diào)電壓源各自輸出電壓與電流的相角差分別為0，f:，兩組可調(diào)電壓源輸出 電流的相角差S，則兩組可調(diào)電壓源的輸出電壓表示為：
[0031]
陽(yáng)0巧其中，參數(shù)W，Z3, Ri, Rz, Cl, C2, Li, Lz都是固定不變的，Ui,也Ii, 12, S，巧，媽?zhuān)琈l,