一種電壓型無線供電系統負載識別方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種電壓型無線供電系統負載識別方法及系統，該負載識別方法包括如下步驟：組建電壓型IPT系統，該電壓型IPT系統的原邊補償電容Cp包括并聯的第一電容和第二電容，第二電容由控制器通過開關控制實現接通和切斷；第一電容接入原邊電路，原邊電路進入諧振狀態；電流檢測裝置檢測原邊電路的電流得到第一有效值；閉合開關，使第一電容和第二電容并聯后接入原邊電路，控制器調節逆變器的工作頻率使原邊電路進入諧振狀態；電流檢測裝置檢測原邊電路的電流得到第二有效值；控制器根據原邊電路電流的第一有效值、第二有效值以及對應的工作頻率建立阻抗方程，求取等效負載阻抗ZL。本發明能夠實現負載的準確檢測，使IPT系統進入最佳功率傳輸階段。
【專利說明】一種電壓型無線供電系統負載識別方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及IPT (Inductive Power Transfer,感應電能傳輸)系統的負載識別技術，具體涉及一種電壓型無線供電系統負載識別方法及系統。
【背景技術】
[0002]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電能在完全電氣絕緣的電源系統和可移動負載間無線傳輸的一種新型安全的供電技術。該技術已在電動汽車、旋轉用電設備、生物醫療、家電和移動電子設備等領域得到了廣泛的應用。由于IPT系統所帶負載的功率性質和等級跨度大(幾毫瓦到上千瓦)，若不對負載的性質和功率大小進行辨識，IPT系統工作的穩定性和可靠性會大大降低。因此,當IPT系統正常工作之前，應對負載的性質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。
[0003]由于IPT系統通常具有以下幾個特點，一是包含較多的儲能元件，其階數一般高于3 ;二是由于系統中包含非線性開關網絡，因此呈現出嚴重的開關非線性；三是，由于IPT系統的工作頻率一般在20-100kHz左右，因此其工作頻率較高。對于高階、非線性和高頻的IPT系統，要進行負載參數識別相當困難，目前，傳統的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，使控制系統非常復雜，較難實現。
[0004]對于電壓型IPT系統，若采用無線通信模塊的方式實現負載辨識，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。

【發明內容】

[0005]為了克服上述現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種電壓型無線供電系統負載識別方法及系統，能夠準確識別IPT系統的負載。
[0006]為了實現本發明的上述目的，根據本發明的第一個方面，本發明提供了一種電壓型無線供電系統負載識別方法，包括如下步驟:
[0007]S1:組建電壓型IPT系統，所述電壓型IPT系統由原邊電路和副邊電路組成；
[0008]所述原邊電路設置有全橋逆變器，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、原邊補償電容Cp相連組成一個串聯回路，所述原邊補償電容Cp包括并聯的第一電容Cl和第二電容C2，所述第二電容C2由開關S控制實現接通和切斷，所述開關S與控制器相連，由控制器控制開關S的通斷；
[0009]所述原邊電路還設置有電流檢測裝置，所述電流檢測裝置與所述原邊諧振電感Lp串聯，所述電流檢測裝置還與所述控制器相連，所述電流檢測裝置用于檢測所述原邊諧振電感Lp內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、副邊補償電容Cs、等效負載阻抗4組成，所述副邊諧振電感Ls、副邊補償電容Cs和等效負載阻抗\三者依次相連組成一個串聯回路；
[0011]S2:控制器切斷開關S，使第一電容Cl接入原邊電路，直流電源對原邊電路進行直流供電，使所述原邊電路進入諧振狀態；
[0012]S3:電流檢測裝置檢測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S，使第一電容Cl和第二電容C2并聯后接入原邊電路，直流電源對原邊電路進行直流供電，控制器調節逆變器的工作頻率使原邊電路進入諧振狀態；
[0014]S5:電流檢測裝置檢測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，求取等效負載阻抗
[0016]本發明通過改變原邊補償電容的大小，使原邊工作在兩種不同的諧振頻率下，通過建立方式反射阻抗方程，實現負載準確識別，使IPT系統處于最佳功率傳輸階段。
[0017]為了實現本發明的上述目的，根據本發明的第二個方面，本發明提供了一種電壓型無線供電系統負載識別系統，包括電壓型IPT系統和控制器；所述電壓型IPT系統由原邊電路和副邊電路組成，所述原邊電路設置有全橋逆變器，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、原邊補償電容Cp相連組成一個串聯回路，所述原邊補償電容Cp包括并聯的第一電容Cl和第二電容C2，所述第二電容C2由開關S控制實現接通和切斷，所述開關S與控制器相連，由控制器控制開關S的通斷，所述原邊電路還設置有電流檢測裝置，所述電流檢測裝置與所述原邊諧振電感Lp串聯，所述電流檢測裝置還與所述控制器相連，所述電流檢測裝置用于檢測所述原邊諧振電感Lp內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、副邊補償電容Cs、等效負載阻抗\組成，所述副邊諧振電感Ls、副邊補償電容Cs和等效負載阻抗&三者依次相連組成一個串聯回路；所述電流檢測裝置包括諧振電流頻率檢測單元、諧振電流有效值采樣單元和諧振電流過零采樣單元，所述諧振電流頻率檢測單元用于檢測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零采樣單元分別對原邊電路的電流進行有效值采樣和電流過零采樣；所述控制器的輸入端與所述電流檢測裝置的輸出端相連，所述控制器包括頻率調節單元和負載識別單元，所述諧振電流過零采樣單元的輸出端與所述頻率調節單元的輸入端相連，所述頻率調節單元的輸出端與全橋逆變器相連，所述頻率調節單元根據所述諧振電流過零采樣單元采集的電流過零信號調節全橋逆變器輸出的電壓的頻率使原邊電路進入諧振狀態，所述負載識別單元分別與所述諧振電流頻率檢測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，對負載進行識別并輸出。
[0018]本發明的電壓型無線供電系統負載識別系統能夠實現負載的準確檢測，使IPT系統進入最佳功率傳輸階段。
[0019]在本發明的一種優選實施方式中，所述根據第一有效值、第二有效值以及對應工作頻率建立的阻抗方程為:
[0020]
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【權利要求】
1.一種電壓型無線供電系統負載識別方法，其特征在于:包括如下步驟: 51:組建電壓型IPT系統，所述電壓型IPT系統由原邊電路和副邊電路組成； 所述原邊電路設置有全橋逆變器，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、原邊補償電容Cp相連組成一個串聯回路，所述原邊補償電容Cp包括并聯的第一電容Cl和第二電容C2，所述第二電容C2由開關S控制實現接通和切斷，所述開關S與控制器相連，由控制器控制開關S的通斷； 所述原邊電路還設置有電流檢測裝置，所述電流檢測裝置與所述原邊諧振電感Lp串聯，所述電流檢測裝置還與所述控制器相連，所述電流檢測裝置用于檢測所述原邊諧振電感Lp內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、副邊補償電容Cs、等效負載阻抗Zl組成，所述副邊諧振電感Ls、副邊補償電容Cs和等效負載阻抗\三者依次相連組成一個串聯回路； 52:控制器切斷開關S，使第一電容Cl接入原邊電路，直流電源對原邊電路進行直流供電，使所述原邊電路進入諧振狀態； 53:電流檢測裝置檢測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S，使第一電容Cl和第二電容C2并聯后接入原邊電路，直流電源對原邊電路進行直流供電，控制器調節逆變器的工作頻率使原邊電路進入諧振狀態； 55:電流檢測裝置檢測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:控制器根據所述原邊電路電流的第一有效值、第二有效值以及對應工作頻率建立阻抗方程，求取等效負載阻抗\。
2.如權利要求1所述的電壓型無線供電系統負載識別方法，其特征在于:所述電流檢測裝置的輸入端與原邊電路相連，所述電流檢測裝置包括諧振電流頻率檢測單元、諧振電流有效值采樣單元和諧振電流過零采樣單元，所述諧振電流頻率檢測單元用于檢測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零采樣單元分別對原邊電路的電流波形進行有效值采樣和電流過零采樣； 所述控制器的輸入端與所述電流檢測裝置的輸出端相連，所述控制器包括頻率調節單元和負載識別單元，所述諧振電流過零采樣單元的輸出端與所述頻率調節單元的輸入端相連，所述頻率調節單元的輸出端與全橋逆變器相連，所述頻率調節單元根據所述諧振電流過零采樣單元采集的電流過零信號調節全橋逆變器輸出的電壓頻率使原邊電路進入諧振狀態，所述負載識別單元分別與所述諧振電流頻率檢測單元和諧振電流有效值采樣單元相連，用于建立阻抗方程，對負載進行識別并輸出。
3.如權利要求1所述的電壓型無線供電系統負載識別方法，其特征在于:所述根據第一有效值、第二有效值以及對應工作頻率建立的阻抗方程為:
4.一種利用權利要求1所述電壓型無線供電系統負載識別方法的進行負載識別的系統，其特征在于:包括電壓型IPT系統和控制器； 所述電壓型IPT系統由原邊電路和副邊電路組成，所述原邊電路設置有全橋逆變器，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、原邊補償電容Cp相連組成一個串聯回路，所述原邊補償電容Cp包括并聯的第一電容Cl和第二電容C2，所述第二電容C2由開關S控制實現接通和切斷，所述開關S與控制器相連，由控制器控制開關S的通斷，所述原邊電路還設置有電流檢測裝置，所述電流檢測裝置與所述原邊諧振電感Lp串聯，所述電流檢測裝置還與所述控制器相連，所述電流檢測裝置用于檢測所述原邊諧振電感Lp內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、副邊補償電容Cs、等效負載阻抗\組成，所述副邊諧振電感Ls、副邊補償電容Cs和等效負載阻抗\三者依次相連組成一個串聯回路； 所述電流檢測裝置包括諧振電流頻率檢測單元、諧振電流有效值采樣單元和諧振電流過零采樣單元，所述諧振電流頻率檢測單元用于檢測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零采樣單元分別對原邊電路的電流進行有效值采樣和電流過零采樣； 所述控制器的輸入端與所述電流檢測裝置的輸出端相連，所述控制器包括頻率調節單元和負載識別單元，所述諧振電流過零采樣單元的輸出端與所述頻率調節單元的輸入端相連，所述頻率調節單元的輸出端與全橋逆變器相連，所述頻率調節單元根據所述諧振電流過零采樣單元采集的電流過零信號調節全橋逆變器輸出的電壓的頻率使原邊電路進入諧振狀態，所述負載識別單元分別與所述諧振電流頻率檢測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，對負載進行識別并輸出。
5.如權利要求4所述的電壓型無線供電系統負載識別系統，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單元、所述諧振電流有效值值采樣單元和諧振電流過零采樣單元的輸入端相連。
【文檔編號】H02J17/00GK103427501SQ201310361796
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】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 申請人:重慶大學, 廣西電網公司電力科學研究院