[发明专利]一种基于原边辅助线圈的电动汽车无线充电传输系统以及副边谐振状态估计方法

说明书

本发明是一种基于原边辅助线圈的电动汽车无线充电传输系统以及副边谐振状态估计方法。本发明主要是通过辅助线圈以及在电路中接入的解耦变压器来获得副边电流的相位。在此基础之上，基于SS补偿拓扑建立磁耦合无线电能传输系统电路模型，得到副边谐振状态与相关电路参数间关系的数学描述，通过求解数学方程完成在线的谐振状态估计。本发明无需直接测量耦合机构中器件两端的高频大电压，更加安全。同时，本发明提出的算法复杂度低，运算时间短且误差较小。此外，本发明不仅能够实现离线状态下的副边虚部估计，还能够实现动态无线电能传输系统的副边虚部估计，极大地提高方法的实用性。

技术领域

本发明涉及电动汽车无线充电技术领域，是一种基于原边辅助线圈的电动汽车无线充电传输系统以及副边谐振状态估计方法。

背景技术

发展电动汽车是当今世界对低碳经济的需求。随着地方政府各项优惠政策的推动，电动汽车的产量正快速增长，对充电桩设施的需求也越来越大。而新兴的电动汽车无线充电技术凭借安全、方便的特点，成为一个重要的发展方向。电动汽车无线充电技术省去了连接电缆和插头，不会担心连接不紧密的问题，这样既保证了系统的密封性，即使在恶劣的环境下也不会影响工作，又使得用户可以自行通过系统界面进行充电操作。此外，它能为充电系统提供一个天然的电气隔离，提高了无线充电系统的安全性。设计一套性能高、可靠性好的电动汽车无线充电系统，涉及到电力电子技术、自动控制理论、电池管理技术等不同领域的技术，因此也受到了学术界的广泛关注。

在WPT系统中，为了保证较高的电能传输功率和效率，通常采用静态补偿电容来实现谐振。然而由于器件公差问题，系统通常无法精确配谐。同时WPT系统在实际运行过程中，器件的老化以及温度变化将会引起参数变化，进而导致WPT系统谐振点发生漂移，使WPT系统处于失谐状态，从而进一步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甚至无法正常工作。因此，WPT系统的副边谐振状态估计技术是保证磁耦合无线电能传输系统高性能运行的关键技术问题之一。

目前，已有一些国内外学者对无线电能传输技术中的副边谐振状态估计方法开展了研究。其中：

文献“Xin L,Tianfeng W,Xijun Y,et al.Analysis and Design of a WirelessPower Transfer System with Dual Active Bridges[J].Energies,2017,10(10):1588-.”采用实时检测电路中电容与电感两端的电压来获得当前系统的谐振状态，由于高频电路中电容和线圈两端的电压较大，会造成测量难度大的问题，同时大电压的测量存在安全隐患。此外，高频大电压的测量也存在测量精度的问题；

文献“麦瑞坤,徐丹露,杨鸣凯,etal.基于最小电流比值的IPT系统频率跟踪的动态调谐方法[J].电工技术学报,2018.”通过扰动观测法，通过获得原副边最小电流比来获得当前副边虚部状态，问题在于其调整到副边谐振状态需要一定时间，响应速度较慢。此外，不断的扰动也使得系统的稳定度降低；

文献“Mai R,Liu Y,Li Y,et al.An Active Rectifier Based MaximumEfficiency Tracking Method Using an Additional Measurement Coil for WirelessPower Transfer[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2017:1-1.”通过在副边加入一个辅助线圈来实现对副边谐振状态的估计，该方法灵活的解决了上两个文献中的问题，但将辅助线圈放置在系统副边使其车载端的系统变更加复杂，同时也增加了副边设备的重量和体积。

综上所述，上述技术在进行副边虚部估计时皆存在测量精度低、系统稳定性低、副边系统复杂度增加的问题。

发明内容

本发明为获得副边虚部状态，本发明提供了一种基于原边辅助线圈的电动汽车无线充电传输系统以及副边谐振状态估计方法，本发明提供了以下技术方案：