[发明专利]一种基于互感可控的单向无线充电控制方法

说明书

本发明一种基于互感可控的单向无线充电控制方法，包括：系统启动过程中，互感追踪控制算法根据各电量之间的关系使原边发射线圈发生相应水平方向位移，以控制互感达到系统设定值；系统启动完成后，利用充电电压控制环路及充电电流控制环路调节一次侧逆变器的移相角，以控制二次侧电池的充电电压及充电电流；系统运行过程中，互感滞环控制算法根据逆变器稳态移相占空比，确定当前系统运行工况，使原边发射线圈发生相应水平方向位移，以自动寻找高效充电工作点；最优工作频率算法根据当前负载电阻值计算出最优工作频率，以控制一次侧逆变器工作频率等于最优工作频率。本发明将互感值作为系统运行过程中的控制变量之一，增加了系统控制的灵活度。

技术领域

本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种基于互感可控的单向无线充电控制方法。

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、可适应恶劣环境、易于实现无人化自动供电和移动式供电的优点。基于磁耦合谐振式的无线充电技术具有良好的恒压恒流输出特性，能够较好地满足距离、效率、功率和安全等方面的需求，正逐渐成为业界的研究热点，并且在电动车、消费电子和医疗植入设备等领域具有广阔的应用前景。然而，在对单向无线充电系统进行控制时，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，需要适配各类负载所需的恒压或者恒流充电模式。

2)保证系统安全运行。在无线充电系统运行过程中，需要将一次侧和二次侧谐振电流、电压限制在安全工作范围内。

3)最优整机效率。系统需要在不同工况下保持高效运行，减小功率损耗，提升热稳定性。

4)较强的抗干扰性能。在实际使用中，当负载发生变化时，控制系统需自动地调节控制变量，实现对充电电压/充电电流指令的跟踪。

5)较强的抗偏移性能。充电过程中如果发生原边线圈或者副边线圈的偏移，系统须保证仍然可以对负载进行安全稳定且高效的功率传输。

现有技术的缺陷和不足：

1)传统的无线充电系统在启动前需要人为对准原、副边线圈，并且在充电过程中如果发生原边线圈或者副边线圈的偏移无法进行自动修正。

2)对于串联-串联补偿(Series-Series,SS)谐振式无线充电系统来说，其输出特性、输出功率、整机效率以及系统运行工作点都与耦合机构的互感紧密相关，传统无线充电系统只能在固定互感下运行，而不能根据当前需求灵活调节耦合机构的互感。当互感偏小时，一次侧以及二次侧的谐振电流、电压有效值将增加，系统效率将会降低，安全性下降；当互感偏大时，系统的功率输出能力降低，将无法满足当前负载充电功率的需求。

3)现有的单向无线充电系统需要对高频谐振电流进行锁相，以实现一次侧逆变器所有开关管的零电压开通(Zero Voltage Switch,ZVS)。目前针对高频谐振电流的锁相方法需要复杂的电路结构以及控制算法，增加了系统和控制的复杂度，并且锁相精度受电路噪声影响较大，可靠性和鲁棒性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出了一种基于互感可控的单向无线充电控制方法。

本发明采用如下技术来实现的：

一种基于互感可控的单向无线充电控制方法，包括以下步骤：

系统启动过程中，互感追踪控制算法根据各电量之间的关系使原边发射线圈发生相应水平方向位移，以控制耦合机构的互感达到系统设定值；

系统启动完成后，利用充电电压控制环路及充电电流控制环路调节一次侧逆变器的移相角，以控制二次侧电池的充电电压及充电电流；

系统运行过程中，互感滞环控制算法根据逆变器稳态移相占空比，确定当前系统运行工况，使原边发射线圈发生相应水平方向位移，以自动寻找高效充电工作点；