[发明专利]一种无线充电系统磁耦合机构位置自动对准方法

说明书

本发明提出了一种应用于磁耦合无线充电传输系统的磁耦合机构位置自动对准方法，属于无线充电系统技术领域。所述方法基于LCL‑S补偿拓扑建立磁耦合无线充电系统的电路模型，得到互感值与系统电路参数的函数关系，从而实现互感值的在线估计。在分析磁耦合机构的位置偏移与互感值的特性曲线基础上，结合在线估计的互感值，通过扰动观测法实现磁耦合机构位置的自对准。

技术领域

本发明涉及一种无线充电系统磁耦合机构位置自动对准方法，属于无线充电系统技术领域。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术作为近年来新兴的电能传输技术，由于其自动化且非接触特性，受到国内外科研机构和公司的密切关注。无线充电系统通过空间磁场将能量从发射线圈传输(原边部分)到接收线圈(副边部分)，经过接收端电路调节后实现非接触充电。基于磁耦合无线电能传输技术的理论及关键技术深入研究，极大地推动了该技术在电动车、便携式设备、医疗设备及特殊环境(易燃易爆)等广泛领域的应用进程。

无线充电系统具备灵活性和便捷性特点，发射线圈(原边部分)和接收线圈(副边部分)不可避免的存在水平或者垂直偏移，从而导致位置的不对准。偏移影响系统传输功率和传输效率，严重情况将会导致系统效率较低或者无法正常工作。因此，磁耦合机构的位置对准技术是保证磁耦合无线充电系统高性能且可靠与稳定运行的关键技术之一。

目前，国内外学者围绕发射线圈与接收线圈的偏移问题展开了相关研究。但是现有的磁耦合无线充电系统用偏移解决方法要么对系统参数设计要求苛刻，要么需要复杂的补偿拓扑，要么需要额外的硬件电路和控制算法。这些方法仅仅提高了系统偏移容忍度(偏移容忍度是指偏移适应能力，偏移容忍度越大，表明系统的抗偏移能力越强。真正意义上的位置对准指的是发生偏移之后，系统是否具备位置对准的功能，即在偏移的基础上，进行零点(正对)位置校正)，并未从根本上解决发射线圈与接收线圈的位置对准问题。

发明内容

本发明为了解决现有方法无法从根本上解决发射线圈与接收线圈的位置对准问题，提出了一种无线充电系统磁耦合机构位置自动对准方法，所述方法基于LCL-S补偿拓扑建立磁耦合无线充电系统的电路模型，得到互感值与系统电路参数的函数关系，从而实现互感值的在线估计。在分析磁耦合机构的位置偏移与互感值的特性曲线基础上，结合在线估计的互感值，通过扰动观测法实现磁耦合机构位置的自对准。本发明所采取的技术方案如下：

一种无线充电系统磁耦合机构位置自动对准方法，所述方法包括：

步骤1：测量并记录磁耦合机构的接收线圈和发射线圈位置完全对准时的互感值M_a，以互感值M_a作为接收线圈和发射线圈位置完全对准的依据；

步骤2：根据LCL-S补偿的磁耦合充电传输系统的拓扑结构，分别获取等效输入电阻R_e、副边电路的阻抗Z₂和反馈阻抗Z_r的模型；

步骤3：测量原边电路的发射线圈中谐振电流有效值I_{1_rms}、补偿电容两端电压U_{c1_rms}以及原边电路的发射线圈中谐振电流有效值I_{1_rms}与补偿电容两端电压U_{c1_rms}之间的相位差α；利用原边电路的发射线圈中谐振电流有效值I_{1_rms}、补偿电容两端电压U_{c1_rms}以及原边电路的发射线圈中谐振电流有效值I_{1_rms}与补偿电容两端电压U_{c1_rms}之间的相位差α确定系统传输到副边电路的有功功率P₁，所述系统传输到副边电路的有功功率P₁为：

P₁＝I_{1_rms}U_{c1_rms}cosα