[发明专利]用于电动汽车无线充电最优化效率的变角移相控制方法

说明书

本发明公开了一种用于电动汽车无线充电最优化效率的变角移相控制方法，包括以下步骤：利用充电电压/充电电流环路控制副边有源整流器的充电电压/充电电流，通过ZVS相位环路控制副边有源整流器的ZVS相角，通过扰动观测方法自动寻找充电最优效率工作点，该方法能够在保持稳定的充电电压/充电电流的前提下，实现逆变器及整流器的ZVS，同时自动寻找最优传输效率的理想工作点，且可靠性较高，成本低。

技术领域

本发明涉及一种变角移相控制方法，具体涉及一种用于电动汽车无线充电最优化效率的变角移相控制方法。

背景技术

无线充电技术是一种安全便捷的电能传输方式，具有使用灵活方便、少维护、可适应恶劣环境、易于实现无人自动供电和移动式供电的优点。基于近场耦合的无线充电技术能够较好地满足距离、效率、功率和安全等方面的需求，在电动车、消费电子、传感器和植入设备等领域具有广阔的应用前景。随着电动汽车逐渐普及，电动汽车的无线充电正在成为一种非常具有优势的充电方式。然而，在对电动汽车的无线充电进行控制时，有以下几个需求：

1)稳定的充电电压和充电电流。无线充电系统作为一种电源，需向电动汽车电池提供稳定的充电电压和充电电流。

2)最小化开关损耗。基于串联-串联谐振式无线充电系统需要使用高频逆变器和有源整流器。对于高频逆变器而言，一般采用MOSFET器件，为了减小开关损耗，需要使得逆变器尽可能工作在零电压开通状态(Zero Voltage Switching,ZVS)；对于有源整流器而言，同样需要采用MOSFET器件，所以也需要使得有源整流器尽可能工作在ZVS状态，从而实现系统的开关损耗最小化。

3)最优化传输效率。电动汽车的无线充电系统一般充电功率较大，实现最优化效率不仅是出于节能方面的考虑，也是为了降低温升、确保可靠性、减小散热器体积并提高功率密度。

4)较少的变换器个数。在实现无线充电时，尽可能减少变换器的个数，降低装置的成本，提高无线充电系统效率和功率密度，这对于无线充电技术的大规模应用至关重要。

5)较高的可靠性。为提高无线充电系统的可靠性，在实现无线充电系统的恒压充电/恒流充电时，尽可能地在恒压充电/恒流充电的闭环控制回路中不采用无线通信模块，从而提高系统的可靠性。为了实现电动汽车电池的无线充电，传统的方法更多地通过控制原边的逆变器来实现的。而此时需要副边控制器实时采集充电电压电流信息，并通过无线通信模块发送至原边控制器，从而使其利用副边发送过来的信息实现电池的恒压充电/恒流充电。当无线通信受到干扰时，系统会变得非常不稳定，系统的可靠性大大降低。因此，在复杂的环境中，需要尽可能的减少无线通信模块在恒压充电/恒流充电的闭环控制中使用。

由于实际中无线充电系统线圈的传输距离和电动汽车的电池等效电阻会发生随机变化，其它参数也会出现漂移，系统的工作点将异于设计的理想工作点，而这会影响上述的需求，因此无线充电系统一般都需要一套控制方法来克服以上缺点。然而目前的控制方法多采用额外dc-dc变换器来控制充电电压/充电电流和实现效率最大化。然而额外的dc-dc变换器带来了额外的损耗，增加了装置的体积和成本，不利于无线充电系统的大规模应用和推广，目前仍尚未出现能够满足上述五种需求的控制方法。

综上所述，需要提出一种能够满足以上五个需求的无线充电系统的多目标控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于电动汽车无线充电最优化效率的变角移相控制方法，该方法能够在保持稳定的充电电压/充电电流的前提下，实现逆变器及整流器的ZVS，同时自动寻找最优传输效率的理想工作点，且可靠性较高，成本低。

为达到上述目的，本发明所述的用于电动汽车无线充电最优化效率的变角移相控制方法包括以下步骤：利用充电电压/充电电流环路控制副边有源整流器的充电电压/充电电流，通过ZVS相位环路控制副边有源整流器的ZVS相角，通过扰动观测方法自动寻找充电最优效率工作点。