[发明专利]一种提高无线充电系统偏移容忍度的控制方法

权利要求书

1.一种提高无线充电系统偏移容忍度的控制方法，应用所述提高无线充电系统偏移容忍度的控制方法的无线充电系统包括系统电源(201)、逆变器(202)、无线能量传输线圈及其阻抗匹配电路(203)、整流器(204)、系统负载(205)、以及系统控制器(206)；所述逆变器(202)的输入端与系统电源(201)相连，逆变器(202)的输出端与无线能量传输线圈及其阻抗匹配电路(203)相连，整流器(204)的输入端与无线能量传输线圈及其阻抗匹配电路(203)相连，整流器(204)的输出端连接系统负载(205)；系统控制器(206)与逆变器(202)连接，通过改变逆变器(202)中电力电子器件的开关频率对所述的无线充电系统进行控制；

其特征在于所述的提高无线充电系统偏移容忍度的控制方法通过计算求得无线能量传输线圈偏移情况下的最优控制频率，使无线充电系统在偏移情况下保持较高的效率，以提高偏移容忍度，所述的控制方法包含以下步骤：

步骤A、建立包含系统电源(201)、逆变器(202)、无线能量传输线圈及其阻抗匹配电路(203)、整流器(204)和系统负载(205)的无线充电系统模型；建立无线充电系统模型过程中，将所述的系统电源(201)和逆变器(202)综合考虑作为无线充电系统模型的源U_S；并将所述的整流器(204)和系统负载(205)综合考虑作为无线充电系统模型的负载Z_L；根据不同线圈结构和阻抗匹配电路结构，以集总参数的方式描述无线能量传输线圈的自电感、互电感、杂散电阻，以及阻抗匹配电路中的电感、电容和杂散电阻；所述的无线充电系统模型能够表示不规则线圈形状、线圈间距离的偏差、线圈周围不规则的导体和绝缘体、以及趋肤效应、临近效应带来的影响；

步骤B、测量在无线能量传输线圈对准和偏移情况下的无线充电系统模型参数；在无线能量传输线圈偏移的情况下，每隔固定的偏移距离选取测量点，测量无线能量传输线圈之间的互电感值；

步骤C、根据无线充电系统模型求得系统效率的表达式；系统效率表达式的求解过程为：根据建立的无线充电系统模型，在每个偏移测量点上，得到系统效率η与控制频率f之间的函数关系η(f)；具体过程如下：首先根据无线充电系统模型列出系统电压、电流之间的函数关系；然后求得系统输入电流和输出电流的表达式，进而得到系统输入有功功率和输出有功功率的表达式；再通过输出有功功率除以输入有功功率求出系统效率的表达式；最后将无线能量传输线圈对准和偏移情况下测量得到的无线充电系统模型参数代入系统效率的表达式，得到在每个偏移测量点上，系统效率η与控制频率f之间的函数关系η(f)；

步骤D、利用系统效率表达式求解在无线能量传输线圈偏移情况下的最优控制频率；最优控制频率的计算过程如下：首先将无线充电系统在无线能量传输线圈对准情况下的效率作为参考效率η_ref；然后通过方程η(f)＝η_ref是否有解来判断在每个偏移测量点上，无线充电系统是否还能够达到参考效率η_ref；如果方程有解，则以方程的解作为该偏移测量点处的最优控制频率；如果方程无解，则通过求解系统效率的导数方程dη(f)/df＝0得到最优控制频率；

步骤E、将求得的不同偏移情况下的最优控制频率进行拟合，根据方程η(f)＝η_ref是否有解的两种情况，将每个偏移测量点上的最优控制频率拟合为整个偏移范围内无线充电系统最优控制频率f_opt与偏移距离d之间的函数关系f_opt(d)，并将该函数关系作为频率控制曲线；

步骤F、将最优控制频率与偏移距离的函数关系f_opt(d)描述的频率控制曲线通过编程的方式写入系统控制器(206)中，对无线充电系统进行控制，提高无线充电系统偏移容忍度。