一种无线电能传输设备发送端频率跟踪的动态调谐方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线电能传输设备发送端频率跟踪的动态调谐方法。该方法利用发送端电路谐振时，发送线圈的电流有效值与发送端直流侧电源电流有效值比值最小的原理来动态的跟踪发送端电路的谐振频率，即通过不断微调逆变器工作频率跟踪发送线圈的电流有效值与发送端直流侧电源电流有效值比值，使得该电流比值实时动态的处于最小值，从而实现频率跟踪动态调谐，使得发送端电路处于或接近完全谐振的状态，以提高发送端电路的有功功率，进而提高无线电能传输设备的传输功率和效率。且其电路的复杂程度低，实施成本低，易于推广。
【专利说明】
-种无线电能传输设备发送端频率跟踪的动态调谐方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种无线电能传输设备发送端频率跟踪的动态调谐方法。
【背景技术】
[0002] 无线电能传输技术，是一种新兴的电能传输技术，其应用广泛，如电动汽车、医疗 器械、照明、水下探测等等。无线电能传输技术极大的提高了用电设备的供电灵活性，同时 避免了传统接触式供电方式的火花、磨损等问题，提高了设备的供电安全性，因而具备极大 的发展潜力。
[0003] 感应式无线电能传输技术较其它无线电能传输技术，能够更好的进行短距离的大 功率传输，有着更好的发展和应用前景。感应式无线电能传输装置由发送端和接收端两部 分组成。
[0004] 第一部分是感应式无线电能传输装置的发送端，其组成及功能主要是:发送端直 流电源提供直流电压，随后由逆变器将直流电逆变成高频交流电，高频交流电在发送线圈 中流动产生高频交变磁场;第二部分是感应式无线电能传输装置的接收端，其组成及功能 主要是:接收端的接收线圈感应到发送线圈产生的高频交变磁场，在接收线圈中感应出高 频的交流电，高频交流电经过整流器整流成直流电提供给负载，完成电能的无线传输。
[0005] 感应式无线电能传输的关键问题在于，接收线圈和发送线圈之间的能量传输，当 感应式无线电能传输装置的发送端和接收端电路都处于谐振状态且谐振频率相同时，装置 的传输功率和传输效率达到最大。由于发送线圈与接收线圈存在一定的气隙，二者为松禪 合结构，使得发送线圈与接收线圈的漏感很大，同时，溫度、湿度等因素均会使线路的阻抗 发生变化;从而导致了发送线圈无功功率的增加，降低了电能的传输功率和效率。
[0006] 为了提高无线电能传输装置的传输功率和效率，目前现有发送端调谐装置有通过 电容阵列的方法，对发送端线圈漏感进行补偿使其工作在谐振频率上。但由于电容阵列只 能工作在有限个离散的电容值点上，调节范围有限，不能实现连续的无级精确调谐。同时， 也有采用频率跟踪算法来实现谐振频率的跟踪，但现有的频率跟踪算法大多采用硬件电路 对逆变电压和电流相位差进行测量，再进行逆变器的频率跟踪控制，但由于噪声等因素的 影响，会导致逆变电压、电流的相位差测量出现误差，不易使装置处于谐振状态，并且增加 了电路的复杂程度，成本较高。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种基于最小电流比值的无线电能传输设备发送端频率跟 踪的动态调谐方法，该方法能对无线电能传输设备发送端的工作频率实现连续的无级精确 调谐，使得发送端电路更精确地接近完全谐振状态，发送端的有功功率高，无线电能传输设 备的传输功率和效率高;且其电路的复杂程度低，实施成本低，易于推广。
[0008] 本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种无线电能传输设备发送端频率 跟踪的动态调谐方法，包括W下步骤：
[0009] A、初始时，控制器将逆变器的额定频率设为当前频率fo,并由控制器控制逆变器 的工作频率为当前频率fo;
[0010] B、控制器接收到发送端直流侧在当前频率下的电源电流有效值Ido,同时接收到在 当前频率下的发送线圈电流有效值Iao,进而计算出当前频率下的线圈电流与电源电流比值 no
[00川 C、控制器将当前频率时加上设定的频率调节量□/，得至贼大频率fi，
， 控制器控制逆变器的工作频率为较大频率fi;控制器接收到发送端直流侧在较大频率下的 电源电流有效值iDl，同时接收到在较大频率下的发送线圈电流有效值lAl，进而计算出较大 频率下的线圈电流与电源电流比值111，
[0012] D、如果当前频率下的线圈电流与电源电流比值％大于较大频率下的线圈电流与 电源电流比值m，即％>心则令当前工作频率f〇=fi，转E步；否则，将当前工作频率时减去 设定频率调节量.□./，得到较小频率f2
巧令f〇 = f2,转H步；
[0013] E、控制器控制逆变器的工作频率为当前频率fo;同时，控制器接收到发送端直流 侧在当前频率下的电源电流有效值Ido,同时接收到在当前频率下的发送线圈电流有效值 Iao,进而计算出当前频率下的线圈电流与电源电流比值no
[0014] F、控制器将当前频率fo加上频率调节量□/ :，得到较大频率fi，乂 = ./〇 W/，輕制器 控制逆变器的工作频率为较大频率fi;控制器接收到发送端直流侧在较大频率下的电源电 流有效值Idi,同时接收到在较十硫莖下的发送线圈电流有效值lAi，进而计算出较大频率下 的线圈电流与电源电流比值m
[0015] G、如果当前频率下的线圈电流与电源电流比值％大于较大频率下的线圈电流与 电源电流比值化，即恥 >化，则令当前工作频率fo = fi，转E步;否则，转K步；
[0016] H、控制器控制逆变器的工作频率为当前频率fo;同时，控制器接收到发送端直流 侧在当前频率下的电源电流有效值Ido,同时接收到在当前频率下的发送线圈电流有效值 Iao,进而计算出当前频率下的线圈电流与电源电流比值％
[0017] I、控制器将当前频率时减去设定频率调节量□/，得至贼小频率f2
，控 制器控制逆变器的工作频率为较小频率f2;控制器接收到发送端直流侧在较小频率下的电 源电流有效值Id2,同时接收到在较小频率下的发送线圈电流有效值IA2,进而计算出较小频 率下的线圈电流与电源电流比值屯
[0018] J、如果当前频率下的线圈电流与电源电流比值％大于较小频率下的线圈电流与 电源电流比值也，即n日 >也;则令当前工作频率fo = f2，转H步;否则，转K步；
[0019] K、控制器记录当前频率fo,并将当前频率fo设定为无线电能传输设备发送端的工 作频率，本次逆变器的频率跟踪动态调谐过程结束。
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0021] -、本发明不需要额外增加发送端电压、电流的相位检测电路，只需检测发送端直 流侧电源的电流有效值和发送线圈的电流有效值，根据电流比值是否最小就能判断发送端 电路是否工作在谐振状态;具有装置简单、价格低廉、稳定性强、易于推广等优点。
[0022] 二、工作频率变化时，发送线圈电流有效值与直流侧电源电流有效值比值会发生 相应变化，当该比值处于最小时，其对应的频率即为谐振频率。本发明通过频率扰动跟踪逼 近方法，找出发送线圈电流有效值与直流侧电源电流有效值的最小比值，从而找到系统的 谐振频率，进而实现对发送端工作频率的连续、无级、精确调谐，使得发送端电路更精确地 接近完全谐振状态，发送端的有功功率高，无线电能传输设备的传输功率和效率高。
[0023] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的一种【具体实施方式】是，一种无线电能传输设备发送端频率跟踪的动态调 谐方法，包括W下步骤：
[0025] A、初始时，控制器将逆变器的额定频率设为当前频率fo,并由控制器控制逆变器 的工作频率为当前频率fo;
[0026] B、控制器接收到发送端直流侧在当前频率下的电源电流有效值Ido,同时接收到在 当前频率下的发送线圈电流有效值Iao,进而计算出当前频率下的线圈电流与电源电流比值 巧0:
[0027] C、控制器将当前频率fo加上设定的频率调节量□/，得到较大频率fi，，
， 控制器控制逆变器的工作频率为较大频率fi;控制器接收到发送端直流侧在较大频率下的 电源电流有效值iDl，同时接收到在较大频率下的发送线圈电流有效值lAl，进而计算出较大 频率下的线圈电流与电源电流比值111，
[0028] D、如果当前频率下的线圈电流与电源电流比值％大于较大频率下的线圈电流与 电源电流比值m，即％>心则令当前工作频率f〇=fi，转E步；否则，将当前工作频率fo减去 设定频率调节量□/，得到较小频率f 2，
再令f〇 = f2,转H步；
[0029] E、控制器控制逆变器的工作频率为当前频率fo;同时，控制器接收到发送端直流 侧在当前频率下的电源电流有效值Ido,同时接收到在当前频率下的发送线圈电流有效值 Iao,进而计算出当前频率下的线圈电流与电源电流比值％，
[0030] F、控制器将当前频率fo加上频率调节量□/，得到较大频率fi，乂 =/〇 W/，控制器 控制逆变器的工作频率为较大频率fi;控制器接收到发送端直流侧在较大频率下的电源电 流有效值Idi,同时接收到在较大频率下的发送线圈电流有效值lAi，进而计算出较大频率下 的线圈电流与电源电流比值化，
[0031] G、如果当前频率下的线圈电流与电源电流比值％大于较大频率下的线圈电流与 电源电流比值化，即恥 >化，则令当前工作频率fo = fi，转E步;否则，转K步；
[0032] H、控制器控制逆变器的工作频率为当前频率fo;同时，控制器接收到发送端直流 侧在当前频率下的电源电流有效值Ido,同时接收到在当前々发送线圈电流有效值 Iao,进而计算出当前频率下的线圈电流与电源电流比值％:
[0033] I、控制器将当前频率时减去设定频率调节量□/，得到较小频率f2
控 制器控制逆变器的工作频率为较小频率f2;控制器接收到发送端直流侧在较小频率下的电 源电流有效值Id2,同时接收到在较小频率下的发送线圈电流有效值IA2,进而计算出较小频 率下的线圈电流与电源电流比值屯
[0034] J、如果当前频率下的线圈电流与电源电流比值％大于较小频率下的线圈电流与 电源电流比值也，即n日 >也;则令当前工作频率fo=f2，转H步;否则，转K步；
[0035] K、控制器记录当前频率fo,并将当前频率时设定为无线电能传输设备发送端的工 作频率，本次逆变器的频率跟踪动态调谐过程结束。
【主权项】
1. 一种无线电能传输设备发送端频率跟踪的动态调谐方法，包括W下步骤： A、 初始时，控制器将逆变器的额定频率设为当前频率时，并由控制器控制逆变器的工作 频率为当前频率fo; B、 控制器接收到发送端直流侧在当前频率下的电源电流有效值Ido,同时接收到在当前 频率下的发送线圈电流有效值ΙΑΟ,进而计算出当前频率下的线圈电流与电源电流比值％， 爾夺； C、 控制器将当前频率fo加上设定的频率调节量□/，得到较大频率fi，乂 =/〇 W/，控制 器控制逆变器的工作频率为较大频率fl;控制器接收到发送端直流侧在较大频率下的电源 电流有效值IDI，同时接收到在较大频率下的发送线圈电流有效值lAl，进而计算出较大频率 下的线圈电流与电源电流比值 D、 如果当前频率下的线圈电流与电源电流比值no大于较大频率下的线圈电流与电源电 流比值屯，即％>屯；则令当前工作频率fo = fi，转E步；否则，将当前工作频率fo减去设定频 率调节量□/ .，得到较小频率f2，矣=Λ 再令f〇 = f2，转Η步； Ε、控制器控制逆变器的工作频率为当前频率时;同时，控制器接收到发送端直流侧在当 前频率下的电源电流有效值Ido,同时接收到在当前频率下的发送线圈电流有效值ΙΑΟ,进而 计算出当前频率下的线圈电流与电源电流比值％，而 玉m F、 控制器将当前频率fo加上频率调节量□/，得到较大频率fi，乂 =/〇 W/，控制器控制 逆变器的工作频率为较大频率fi;控制器接收到发送端直流侧在较大频率下的电源电流有 效值IDI，同时接收到在较大频率下的发送线圈电流有效值lAl，进而计算出较大频率下的线 圈电流与电源电流比值化，巧=; J'm' G、 如果当前频率下的线圈电流与电源电流比值no大于较大频率下的线圈电流与电源电 流比值化，即恥>化，则令当前工作频率f日二f 1，转E步;否则，转K步； H、 控制器控制逆变器的工作频率为当前频率时;同时，控制器接收到发送端直流侧在当 前频率下的电源电流有效值Ido,同时接收到在当前频率下的发送线圈电流有效值ΙΑΟ,进而 计算出当前频率下的线圈电流与电源电流比值no,^ ; 乂规 I、 控制器将当前频率fo减去设定频率调节量□/，得到较小频率f2，Λ =/〇-0/，控制器 控制逆变器的工作频率为较小频率f2;控制器接收到发送端直流侧在较小频率下的电源电 流有效值Id2,同时接收到在较小频率下的发送线圈电流有效值IA2,进而计算出较小频率下 的线圈电流与电源电流比值也，化 支巧疋 J、 如果当前频率下的线圈电流与电源电流比值no大于较小频率下的线圈电流与电源电 流比值屯，即η〇>η2;则令当前工作频率f〇=f2，转Η步;否则，转K步； Κ、控制器记录当前频率fo,并将当前频率fo设定为无线电能传输设备发送端的工作频 率，本次逆变器的频率跟踪动态调谐过程结束。
【文档编号】H02J50/12GK105978169SQ201610206080
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】麦瑞坤, 徐丹露, 杨鸣凯, 李研玲, 何正友
【申请人】西南交通大学