[发明专利]一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法

说明书

本发明公开了一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法，包括：获取第一全桥变换器的交流侧端口电流的相位、第一全桥变换器的直流侧电压和直流侧电流；根据稳压或恒流要求确定第一全桥变换器交流侧电压总脉冲宽度角；确定第一全桥变换器的开关管的导通和关断的时刻，并据此对开关管进行驱动；将所需参数发送至原边控制器；确定为实现零电压开通，第二全桥变换器的交流侧电压总脉冲宽度角的取值范围，并在该取值范围内选取最优的原边激励电压总脉冲宽度角的取值；确定第二全桥变换器开关管的导通和关断的时刻。本发明可以实现原边全桥变换器和副边全桥变换器的开关管的零电压开通，并且实现电能传输效率的优化。

技术领域

本发明属于DC/DC变换器领域，更具体地，涉及一种双向无线电能传输系统的双侧不对称电压控制方法。

背景技术

随着能源互联网概念的提出以及智能配电网相关技术的发展，电动汽车双向无线电能传输系统逐渐开始展现出其独特的优势。对于电网而言，双向无线电能传输系统允许了电网电能与车载电池电能之间双向流动，因此若经过智能调控，可实现电动汽车有序充电、电网削峰填谷等优化运行功能。而对于用户而言，无线电能传输的方式省去了连接或断开充电线缆的步骤，不存在接口磨损、接触不良或漏电等问题，其操作极为便捷，因此用户更乐于参与将电动汽车挂载于电网上。由此，双向无线电能传输的技术发展，对提升未来能源互联网的稳定性和智能性起到重要作用。

在双向无线电能传输系统中，实现传输功率的调节，并且在宽传输功率(负载)范围内实现较高的效率是很有必要的。在双向无线电能传输系统中，原边变换器与副边变换器是相对的概念。目前，在双向无线电能传输系统中，实现功率的调节主要有以下几种方法：1、单级单侧控制方法。在双向无线电能传输电路部分，除了双全桥变换器这一级DC/DC变换器外，不增加其它的变换器。通过改变原边或副边侧全桥变换器的内移相角实现功率的调节。该方法虽然较为简单，容易实现，但是存在的问题是：未实现原副边激励电压的匹配，因此未能实现中间环节的传输效率优化，同时部分开关管处于硬开关状态，导致系统传输效率低下。

2、多级单侧控制方法：在双向无线电能传输电路部分，除了双全桥变换器这一级DC/DC变换器外，在某一侧另加入一级DC/DC变换器，通过DC/DC变换器改变该侧的全桥变换器的直流侧电压，从而调节该侧的激励电压，实现传输功率的调节。该方法可以使双向无线电能传输电路部分的所有开关管均实现软开关，但是存在的问题是：未实现原副边激励电压的匹配，因此未能实现中间环节的传输效率优化，导致系统传输效率低下。新增的一级DC/DC变换器使得整个系统的控制较为复杂，且也会增加一定的损耗。

3、多级双侧控制方法：在双向无线电能传输电路部分，除了双全桥变换器这一级DC/DC变换器外，在原副边两侧各加入一级DC/DC变换器，通过DC/DC变换器改变双侧的全桥变换器的直流侧电压，实现传输功率的调节，同时能实现激励电压的匹配，从而实现中间环节的传输效率优化，达到较高的效率。但是，该方法存在的问题是：加入的额外的DC/DC变换器使得整个系统的控制较为复杂，也会增加一定的损耗。

4、单级双侧对称激励电压双移相控制方法：在双向无线电能传输电路部分，除了双全桥变换器这一级DC/DC变换器外，不增加其它的变换器。通过改变原边和副边侧全桥变换器的内移相角实现功率的调节，同时使得激励电压比接近最优激励电压比，从而实现中间环节的传输效率优化，提高系统效率。但是，该方法存在的问题是：开关管工作在硬开关状态，损耗较高。

5、单级双侧对称激励电压三移相控制方法：在单级双侧对称激励电压双移相控制方法的基础上，对原副边激励电压的基波相位差(称之为外移相角)进行控制，从而实现所有开关管的零电压开通(Zero Voltage Switch，ZVS)，进一步减小开关损耗，从而使得效率有进一步的提升。但是，该方法存在的问题是：当传输功率处于中载功率或轻载功率等级时，为实现ZVS，外移相角将接近零度，使得传输效率严重下降。

因此，有必要研究一种新的控制方法，既能实现激励电压比接近最优激励电压比，同时在较高的外移相角下实现ZVS，从而实现较高的效率。