[发明专利]一种基于正交双通道算法的无线充电系统用互感辨识方法

说明书

本发明提出一种基于正交双通道算法的无线充电系统用互感辨识方法，采用互感模型分析互感值与系统电路参数之间关系，从而推导出用于实现线/离线的互感辨识算法的函数关系式。本发明所述方法适用于不同的补偿拓扑和磁耦合机构，并且算法复杂度较低、运算时间短以及互感辨识精度高。此外，提出的方法不仅能够实现离线状态下的互感辨识，而且能够实现动态无线充电系统的互感辨识，极大地提高方法的工程实用性。

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，特别是涉及一种基于正交双通道算法的无线充电系统用互感辨识方法。

背景技术

无线充电技术作为一种新型电能传输技术，彻底地摆脱了传导式充电存在的接口不一致、机械磨损和易受环境影响等问题，受到国内外科研机构和公司的密切关注。通常而言，按照充电过程中接收端位置是否动态变化，无线充电技术可分为静态和动态两种形式。其中，静态无线充电技术应用于能量接收端(副边部分)相对于能量发射端(原边部分)位置固定的设备充电；动态充电技术应用于能量接收端(副边部分)相对于能量发射端(原边部分)位置动态变化的设备充电。近年来，随着无线充电技术的基础理论与关键技术的研究不断深入，该技术已经成功应用于电动车、便携式设备、医疗设备及特殊环境(易燃易爆)等领域。

由于无线充电系统的灵活性和便捷性，系统能量发射端(原边部分)和能量接收端(副边部分)不可避免的存在水平偏移或者垂直偏移。偏移影响磁耦合机构的互感值，从而进一步影响传输功率和系统效率，严重时将会导致系统无法正常工作。因此，磁耦合机构的互感辨识方法不仅是无线充电系统中亟待研究的关键技术之一，而且是保证无线充电系统高性能运行的坚实保障。

目前，国内外学者围绕互感辨识问题展开了相关研究。有文献记载在系统能量发射端增加一个谐振电容，通过切换改电容容值改变原边谐振电路的固有频率，获得两组数学方程实现互感辨识。有文献针对串串(Series-Series，SS)补偿的磁耦合无线电能传输系统，在系统工作频率偏移系统固有频率前提下，提出一种基于频率调节的互感估计方法；方法的缺陷在于系统工作频率偏离固有频率时，往往会导致系统功率和效率的降低。还有文献记载通过测量磁耦合无线电能传输系统输出电压的两个瞬时值，通过数学公式计算动态变化的互感值，问题在于该方法需要在副边采用dc-dc变换器，会导致系统成本和体积增加且影响系统效率。还有文献通过建立系统时域模型，提出一套互感最优值全局搜索算法，问题在于算法计算量巨大和耗时增加。另有文献通过测量副边谐振电路的电压和电流估计互感值，问题在于电压和电流存在较大谐波时，将会导致估计的互感值误差较大。

综上所述，现有技术在对磁耦合无线电能传输系统进行互感辨识时，要么需要额外的硬件电路拓扑，要么算法的复杂度高且耗时多，要么对系统参数要求苛刻，且误差较大。因此，有必要提出一种较为完善的互感辨识方法。

发明内容

本发明目的是为了解决现有互感辨识方法存在的不足，在深入分析现有无线充电系统的互感辨识方法存在的缺陷基础上，提出了一种基于正交双通道算法的无线充电系统用互感辨识方法。本发明提出的方法适用于不同尺寸、形状和结构的磁耦合机构，并且不依赖于无线充电系统补偿拓扑，具备良好的工程应用和商业价值。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于正交双通道算法的无线充电系统用互感辨识方法，具体包括以下步骤：

步骤1、构建带有补偿拓扑的无线充电系统电路结构，系统直流输入电压经过逆变器后，形成交变磁场，然后通过发射线圈传输到接收线圈，经过副边全桥整流/滤波电路后，为系统负载提供电能，电路结构中原边部分和副边部分通过无线方式交互信息；

步骤2、根据负载的充电电流I_o与充电电压U_o得到等效负载电阻R_o，确定副边全桥整流/滤波电路的等效输入电阻R_e；