[发明专利]一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法

权利要求书

1.一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.建立基于冲击负荷和储能设备的动态无线供电系统，即DWPT系统的基波等效模型；

步骤2.基于阻抗匹配分析动态无线供电系统高效率运行条件；

步骤3.设计储能设备充放电优化控制策略；

步骤4.设计实现恒压输出和系统高效率运行控制策略；

所述步骤1中等效模型建立的步骤如下：

步骤1.1.将DWPT系统的实际负载牵引变流器和电机以及储能设备等效为负载R_L，根据系统负载R_L，计算整流器交流输入侧等效负载R_eq：

步骤1.2.计算系统的输出电压V_out和系统效率η：

其中V_dc为逆变器的输入电压；Lr为补偿网络的谐振电感，R_r为其对应的寄生电阻，ω为系统的角频率；M为耦合机构的互感值；α为逆变器输出电压的导通角；R_P，R_S分别为发射线圈和接收线圈的寄生电阻；

所述步骤2中的分析条件如下：

为保证系统工作在最大效率点，对系统效率公式进行分析，找出最大效率对应的负载条件为：

R_opt为系统最大效率下对应的最优负载值；

在满足系统恒压条件时，系统在最大效率点对应的输出功率即为最优功率点，为：

V_out为系统需要满足恒压条件时的输出电压；

所述步骤3中的设计方法步骤如下：

步骤3.1.将DWPT系统最优功率P_opt与牵引变流器的输入功率P_电机做差，得到储能设备需要进行充放电的功率；

P_储能＝P_opt-P_电机；

步骤3.2.在电动汽车动态充电过程中，将储能设备需要充放电的功率P_储能进行低通滤波得到低频功率值；再将总功率P_储能减去低频功率得到高频功率值；通过控制双向DC/DC变换器，电池储能设备根据低频功率值进行充放电，超级电容储能设备根据高频功率值进行充放电；

所述步骤4中实现恒压输出和系统高效率运行控制策略步骤如下：

由于采用长导轨线圈，汽车运行速度快，在发射线圈两端停留时间极短，互感波动忽略不计，此动态系统视为互感不变的系统：

步骤4.1.采集系统整流输出电压V_out，通过射频通讯发送至发射端的PI控制器，用于调节逆变器的导通角α；

步骤4.2.根据系统参数得到系统最大效率对应的最优功率P_opt，采集牵引变流器输入电流I_M，得到牵引变流器的输入功率P_电机，经过比较做差得到储能设备需要进行补偿的总功率值P_储能；采用低通滤波得到总功率值P_储能中的低频功率，再通过做差得到高频功率；

步骤4.3.根据步骤4.2中得到的高频功率值除以直流输出电压V_out得到超级电容的双向DC/DC变换器输出电流参考值I_sc*，I_sc*减去超级电容的双向DC/DC变换器实际输出电流值I_sc，通过PI控制器输出占空比为D_sc的PWM波，并控制超级电容的双向DC/DC变换器根据高频功率值进行充放电；

根据步骤4.2中得到的低频功率值除以直流输出电压V_out得到蓄电池的双向DC/DC变换器输出电流参考值I_bat*，I_bat*减去蓄电池的双向DC/DC变换器实际输出电流值I_bat，通过PI控制器输出占空比为D_bat的PWM波，进而控制蓄电池的双向DC/DC变换器根据低频功率值进行充放电；

控制超级电容和蓄电池的双向DC/DC变换器输出高频低频功率值，补偿系统最优功率P_opt与牵引变流器的输入功率P_电机的差值，则实现系统最大效率点的追踪。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车动态无线供电系统效率优化方法，其特征在于，所述DWPT系统包括发射端和接收端，所述发射端包括直流输入电源，其直流输入电压为V_dc，所述直流输入电源连接有全桥逆变器，全桥逆变器包含四个MOS管S₁、S₂、S₃和S₄，v_gs1-v_gs4分别对应其门极信号，所述全桥逆变器连接有发射线圈L_P，所述发射线圈与谐振电感L_r以及谐振电容C_r和谐振电容C_P构成的LCC结构相接，发射线圈L_P与接收端的接收线圈L_S磁耦合，其互感为M，发射线圈与接收线圈的寄生电阻分别为R_P和R_S，谐振电感L_r的寄生电阻为R_r；所述接收端的接收线圈串联谐振电容C_S，接收线圈连接有整流器，所述整流器分别连接有由牵引变流器和电机组成的牵引负荷和由两个双向DC/DC变换器、蓄电池和超级电容构成的混合储能系统，所述牵引变流器包括六个MOS管G₁、G₂、G₃、G₄、G₅和G₆；混合储能系统包括蓄电池充放电系统和超级电容充放电系统，所述蓄电池充放电系统由双向DC/DC变换器1和蓄电池构成，所述双向DC/DC变换器1由MOS管T₁和T₂、电感L₁和电容C₁构成；所述超级电容充放电系统由双向DC/DC变换器2和超级电容构成，所述双向DC/DC变换器2由MOS管T₃和T₄、电感L₂和电容C₂构成。