感应式电力传输的电压控制方法与流程

本申请总体上涉及对车辆无线充电系统进行控制。

背景技术：

插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)包括用于为车辆供电的牵引电池。车辆可连接到外部电源以对牵引电池进行充电。车辆可支持牵引电池的无线充电。无线充电通过使用充电系统和车辆中的线圈来完成。电力通过线圈从充电系统被感应传输至车辆。充电线圈的对准可通过各种方法来完成。一些系统可依赖于驾驶员来对准充电线圈。例如，充电系统可包括在充电站的地板内的线圈。车辆可包括车辆底部的线圈，当车辆位于充电站中时，车辆底部的线圈可接近于地板线圈。充电的效果可取决于线圈的相对对准。

技术实现要素：

一种车辆无线充电系统包括逆变器。所述车辆无线充电系统还包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为：操作所述逆变器以控制到车辆电力转换器的电压输入，从而使得所述逆变器的输出处的阻抗相位角趋向于预定角度并达到车辆电力转换器的输出处的功率需求；操作车辆电力转换器以达到所述功率需求。

所述预定角度可被配置为实现所述逆变器的零电压开关。所述阻抗相位角可以是所述逆变器的输出处的电压与所述逆变器的输出处的电流之间的相位角差。

所述至少一个控制器还可被配置为：通过基于电压基准调整所述逆变器的输出处的电压的频率来操作所述逆变器。所述电压基准可以是基于所述功率需求、车辆电力转换器的功率输出、阻抗相位角以及预定角度的。所述电压基准可以是基于以下项的：(i)利用输出功率误差的第一项与利用阻抗相位角误差的第二项的加权和的变化率；(ii)所述电压基准的变化率。

所述至少一个控制器还可被配置为：通过基于电流输入基准和到车辆电力转换器的电流输入来调整用于将电压输入连接到负载的开关器件的占空比，操作车辆电力转换器。所述电流输入基准可根据基于以下项的电压基准来推导得到：(i)利用输出功率误差的第一项与利用阻抗相位角误差的第二项的加权和的变化率；(ii)所述电压基准的变化率。

一种车辆无线充电系统包括逆变器，所述逆变器被配置为与车辆电力转换器进行感应耦合。所述车辆无线充电系统还包括至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为：控制所述逆变器的频率输出，以基于目标函数的变化率调整到车辆电力转换器的电压输入，所述目标函数被配置为减小车辆电力转换器的输出功率误差和所述逆变器的输出处的阻抗相位角误差。

所述至少一个控制器还可被配置为：基于所述电压输入的变化率控制频率输出。所述至少一个控制器还可被配置为：基于连接到车辆电力转换器的负载的功率需求来改变用于开关车辆电力转换器的占空比。输出功率误差可以是车辆电力转换器输出处的功率需求与车辆电力转换器输出处的功率输出之间的差，阻抗相位角误差可以是基准阻抗相位角与测量的在逆变器输出处的阻抗相位角之间的差。所述目标函数可以是加权的目标函数，使得与输出功率误差关联的第一加权值大于与阻抗相位角误差关联的第二加权值。

一种控制车辆充电的方法包括：通过至少一个控制器改变逆变器的输出处的频率，所述逆变器被配置为基于加权的目标函数的变化率产生到感应耦合的电力转换器的电压输入，所述加权的目标函数包括电力转换器的输出功率误差和所述逆变器的输出处的阻抗相位角误差。

所述方法还可包括：基于到电力转换器的输入电流的电流基准，通过所述至少一个控制器改变用于开关电力转换器的占空比，所述电流基准根据所述电压输入和连接到电力转换器的负载的功率需求来推导得到。

所述方法还可包括：通过所述至少一个控制器改变所述占空比，以减小所述电流基准与到电力转换器的电流输入之间的误差。

所述方法还可包括：通过所述至少一个控制器改变所述频率，以减小所述电压输入与基于加权的目标函数的变化率的电压基准之间的误差。所述方法还可包括：基于所述电压基准的变化率，通过所述至少一个控制器改变所述频率。

所述方法还可包括：响应于加权的目标函数的变化率的符号与所述电压基准的变化率的符号不同，通过所述至少一个控制器将所述电压基准减小预定量。所述方法还可包括：响应于加权的目标函数的变化率的符号与所述电压基准的变化率的符号相同，通过所述至少一个控制器将所述电压基准增大预定量。

附图说明

图1是电气化(electrified)车辆的示例。

图2是可行的车辆充电系统的示图。

图3是车辆充电系统的组件的可行的配置的示图。

图4是用于车辆充电系统的可行的控制系统的框图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种形式和可替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。

图1描绘了通常被称作插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电气化车辆12。典型的插电式混合动力电动车辆12可包括机械连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14能够作为马达或发电机进行操作。另外，混合动力传动装置16机械连接到发动机18。混合动力传动装置16还机械连接到驱动轴20，驱动轴20机械连接到车轮22。当发动机18开启或关闭时，电机14可提供推进和减速能力。电机14还可用作发电机并且可通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热量损失掉的能量来提供燃料经济性效益。通过允许发动机18在更高效的速度下运转以及在特定条件下允许混合动力电动车辆12在发动机18关闭的情况下以电动模式运转，电机14还可以减少车辆排放。电气化车辆12可包括电池电动车辆(BEV)。BEV可不包括发动机18。

牵引电池或电池组24储存电机14可使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压DC输出。牵引电池24电连接到一个或更多个电力电子模块。当一个或更多个接触器42断开时，一个或更多个接触器42可将牵引电池24与其它组件隔离，并且当一个或更多个接触器42闭合时，一个或更多个接触器42可将牵引电池24连接到其它组件。电力电子模块26还电连接到电机14，并且在牵引电池24和电机14之间提供双向传输能量的能力。例如，牵引电池24可提供DC电压，而电机14可能利用三相AC电来运转。电力电子模块26可将DC电压转换为三相AC电以操作电机14。在再生模式下，电力电子模块26可将来自用作发电机的电机14的三相AC电转换为与牵引电池24相兼容的DC电压。

牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还可提供用于其它车辆电力系统的能量。车辆12可包括DC/DC转换器模块28，DC/DC转换器模块28将牵引电池24的高电压DC输出转换为与低电压车辆负载52相兼容的低电压DC供应。DC/DC转换器模块28的输出可电连接到辅助电池30(例如，12V电池)。低电压系统52可电连接到辅助电池30。一个或更多个电力负载46可连接到高电压总线，高电压总线连接到牵引电池24。电力负载46可具有适时地操作和控制电力负载46的关联的控制器。电力负载46的示例可以是风扇、加热元件和/或空调压缩机。

电气化车辆12可被配置为通过外部电源36对牵引电池24进行再充电。外部电源36可以是到电插座的连接。外部电源36可电连接到充电器或电动车辆供电设备(EVSE)38。外部电源36可以是由公用电力公司提供的配电网络或电网。EVSE 38可提供用于调整和管理电源36与车辆12之间的能量传输的电路以及控制。外部电源36可向EVSE 38提供DC或AC电力。

EVSE 38可具有一个或更多个发送线圈40，一个或更多个发送线圈40被构造为置于接近车辆12的一个或更多个接收线圈34的位置。在一些构造中，接收线圈34可位于被构造为容纳发送线圈40的充电端口内。在一些构造中，接收线圈34可位于车辆12的底部。在一些构造中，接收线圈34可位于靠近车辆12的外表面附近。接收线圈34可被整合到充电端口内，所述充电端口被构造为容纳发送线圈40并将发送线圈40与接收线圈34对准。接收线圈34可电连接到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可调节从EVSE 38供应的电力，以将适合的电压和电流水平提供给牵引电池24。电力转换模块32可与EVSE 38进行接口连接以调整到车辆12的电力输送。

发送线圈40可被构造为处于固定位置。例如，发送线圈40可位于充电站的地面上。当车辆12停在充电站时，发送线圈40可进入接收线圈34的接近度范围内。在一些构造中，发送线圈40和/或接收线圈34可以是可移动的以帮助使线圈对准。

一个或更多个车轮制动器44可被提供用于使车辆12减速以及防止车辆12的移动。车轮制动器44可以是液压致动的、电致动的或它们的某种组合。车轮制动器44可以是制动系统50的一部分。制动系统50可包括操作车轮制动器44的其它组件。为简洁起见，附图描绘了制动系统50与车轮制动器44中的一个之间的单一连接。制动系统50和其它的车轮制动器44之间的连接是隐含的。制动系统50可包括用于监测和协调制动系统50的控制器。制动系统50可监测制动组件并控制用于车辆减速的车轮制动器44。制动系统50可响应于驾驶员命令，并且还可自主运行以实现诸如稳定控制的功能。当被另一控制器或子功能请求时，制动系统50的控制器可实现应用所请求的制动力的方法。

车辆12中的电子模块可经由一个或更多个车辆网络进行通信。车辆网络可包括多个用于通信的信道。车辆网络的一个信道可以是串行总线(诸如，控制器局域网(CAN))。车辆网络的信道中的一个可包括由电气和电子工程师协会(IEEE)802标准族定义的以太网。车辆网络的其它信道可包括模块之间的离散连接，并且可包括来自辅助电池30的电力信号。不同的信号可通过车辆网络的不同信道被传输。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)被传输，而控制器信号可通过CAN或离散信号被传输。车辆网络可包括帮助在模块之间传输信号和数据的任何硬件组件和软件组件。车辆网络未在图1中示出，但是隐含的是车辆网络可连接到在车辆12内存在的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(VSC)48，以协调各种组件的操作。

车辆12可包括无线通信模块54，以与远离车辆12的装置和系统进行通信。无线通信模块54可包括车载调制解调器，所述车载调制解调器具有用于与非车载装置或系统进行通信的天线。无线通信模块54可以是蜂窝通信装置，以使能够经由蜂窝数据网络进行通信。无线通信模块54可以是与IEEE802.11标准族(即，WiFi)或WiMax网络兼容的无线局域网(LAN)装置。无线通信模块54可包括基于车辆的无线路由器，以允许在本地路由器的范围内连接到远程网络。无线通信模块54可与车辆12内的一个或更多个控制器进行接口连接以提供数据。

图2描绘了可利用一个或更多个发送线圈40和一个或更多个接收线圈34向车辆12传输能量的感应式电力传输(IPT)系统的可行的配置。当发送线圈40与接收线圈34彼此接近时，可启动无线充电系统的操作。在一些配置中，车辆12的操作者可将发送线圈40置于充电端口内，所述充电端口被配置为将发送线圈40与接收线圈34对准。在一些配置中，发送线圈40可位于充电站的固定位置。接收线圈34可通过在充电站内移动车辆12来定位。在所述配置中，发送线圈40相对于接收线圈34的对准可变化。在一些配置中，接收线圈34可被安装在车辆12的底部。发送线圈40可位于充电站的地板内。线圈对准系统可被实施为检测和调整接收线圈34相对于发送线圈40的对准。当线圈可接受地对准时，充电可开始。

IPT系统可被用于汽车应用以提供对牵引电池24的非接触充电。IPT系统避免了必须物理地连接充电站与车辆之间的导电元件。使用非接触系统避免了由电接触器的反复连接和断开连接导致的导电元件磨损问题。车辆无线充电系统可包括被配置为将电压供应给谐振回路电路的逆变器。谐振回路电路可由车辆的车载元件和非车载元件组成。谐振回路电路的非车载部分可包括初级补偿网络和发送线圈40。谐振回路电路的车载部分可包括接收线圈34和次级补偿网络。

松散耦合的发送线圈40和接收线圈34可被建模为具有特定参数集的变压器222。发送线圈40可被建模为变压器的初级侧，变压器的初级侧包括与初级电感L_p 214串联连接的初级电阻R_p 212。接收线圈34可被建模为变压器的次级侧，变压器的次级侧包括与次级电阻R_s 218串联连接的次级电感L_s 216。初级侧与次级侧之间的感应耦合可通过互电感M来建模，互电感M表示发送线圈40与接收线圈34之间的耦合。互电感M可响应于电流在发送线圈40中流动而影响在接收线圈34中感应出的电压和电流。耦合系数k可基于互电感、初级电感和次级电感来定义。发送线圈40和接收线圈34的不同的对准可导致变压器模型参数的值的不同。

变压器模型222可进一步被集成和建模为谐振回路网络210。初级补偿网络202可连接到发送线圈40。次级补偿网络204可连接到接收线圈34。谐振回路网络210的模型可包括初级补偿网路202、变压器222和次级补偿网络204。初级补偿网络202可包括可连接到初级侧的可选择的阻抗。在一些配置中，初级补偿网络202可包括与发送线圈40串联连接的可选择的电容的组(bank)。次级补偿网络204可包括可连接到接收线圈34的可选择的阻抗。在一些配置中，次级补偿网络204可包括与接收线圈34串联连接的可选择的电容的组。电容值可被选择使得电路与线圈34、40的自电感谐振，以实现在调谐频率f₀处的单位一(unity)的功率因子。谐振回路网络210可被配置为实现逆变器开关元件的软开关以及经由阻抗增益提供电压增益可控性。谐振回路网络210可产生谐振磁耦合以增大在包括大气隙和线圈未对准的条件下的电力传输效率。

IPT系统可包括逆变器200，逆变器200被配置为将直流(DC)电压转换为交流(AC)电压。逆变器200可经由初级补偿网络202连接到发送线圈40。AC电压可输入到谐振回路网络210以向车辆12传输能量。逆变器200的输入端子可连接到提供DC输入电压V_in和DC电流I_in的电源。逆变器200的输出端子可连接到初级补偿网络202以提供AC输出电压V_s和AC电流I_s。逆变器200可以是包括连接在逆变器200的输入端子和输出端子中的每一个之间的开关元件的全桥逆变器。

可在变压器222的次级侧感应出AC电压和电流。IPT系统还可包括整流器206和低通滤波器208，整流器206和低通滤波器208被配置为将AC电压转换成DC电压。整流器206可经由次级补偿网络204连接到接收线圈34。整流器206的输出端子可连接到低通滤波器208以使整流后的电压平滑。低通滤波器208的输出可连接到车辆电力转换器224。

逆变器200和初级补偿网络202可作为EVSE 38的一部分被包括。次级补偿网络204、整流器206、低通滤波器208和车辆电力转换器224可作为车辆12内的电力转换模块32的一部分被包括。其它的组件布置是可行的。

IPT系统的效率可随着车辆负载和线圈的对准的变化而变化。当发送线圈40和接收线圈34以最大耦合系数对准且电路以最佳电压水平操作时，IPT系统可以以峰值效率操作。现有的IPT系统使用固定的输入电压和固定的输出电压进行操作，这会限制以给定的耦合系数在电源的低额定伏特安培(Volt-Ampere(VA)rating)下的操作以及最佳效率的同时实现。额定VA反映AC电路中的视在功率。视在功率包括通过无功组件(例如，电感器和电容器)在电路中循环的功率。额定VA可影响系统中的导体尺寸确定(conductor sizing)。总之，期望最小化额定VA以使得其接近于系统的实际额定功率(以瓦特为单位)。这涉及系统的功率因子，由此通常期望接近于单位一的值。

图3描绘了IPT系统的一些组件的示例配置。逆变器200可包括多个固态开关器件，所述多个固态开关器件连接在逆变器200的输入端子和输出端子中的每个之间。在全桥配置中，可使用四个固态开关器件Q₁ 300、Q₂ 302、Q₃ 304和Q₄ 306。固态开关器件300、302、304、306中的每个均可具有关联的并联连接的二极管310、312、314、316。针对固态开关器件300、302、304、306中的每个的控制输入可连接到IPT控制器220。IPT控制器220可控制固态开关器件300、302、304、306的循环。固态开关器件300、302、304、306可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

固态开关器件300、302、304、306可被控制以在逆变器输出端子处产生具有可调频率的方波输出电压。方波电压可被输入到谐振回路网络210。逆变器输出电流可以是从逆变器输出电压的基波分量相位偏移相位角φ_s的正弦波形。相位角取决于谐振回路网络210的阻抗和负载阻抗。

例如，当开关器件Q1 300和Q4 306被激活时，DC输入电压V_in被施加到逆变器200的输出端子上。电流可从输入电压源流过Q1 300、初级补偿网络202和发送线圈40并通过Q4 306返回。

逆变器200可以以基于固态开关器件300、302、304、306的开关的频率产生用于谐振回路网络210的方形电压输出。根据谐振回路网络210的阻抗，固态开关器件300、302、304、306的开关可被分类为零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)。在当开关器件两端的电压为零时发生断开到接通的转换的时候，开关器件的零电压开关被实现。零电压开关通过最小化开关损耗来帮助提高效率。当谐振回路网络210的阻抗为电感性且具有大于零的相位角时，可实现零电压开关。阻抗的相位角表示网络两端的电压与流过网络的电流之间的相位角的差。当阻抗为电感性时，网络两端的电压引出流过网络的电流。在当流过开关的电流为零时发生接通到断开的转换的时候，零电流开关可被实现。在谐振回路网络阻抗为电容性且具有小于零的相位角时，零电流开关可被实现。在这种情况下，电压滞后于电流。

当固态开关器件300、302、304、306为MOSFET时，期望实现零电压开关以减少开关损耗。IPT控制器220可以以特定顺序命令开关器件对。在循环的部分期间，只有开关器件Q1 300和Q4 306可被接通。在循环的剩余部分期间，只有开关器件Q2302和Q3 304可被接通。在Q1 300和Q4 306接通期间，输入电压被施加到输出端子。这可导致电流流到谐振回路网络210。假定阻抗相位角是正的，电压输出引出电流。在某一时刻，开关器件Q1 300和Q4 306将被断开。此时，没有电流可流过Q1 300和Q4 306。然而，电路中流动的任何电流寻找到通过与Q2 302和Q3 304关联的二极管312、314的路径。当电流流过二极管312、314时，二极管312、314以及关联的开关元件的两端的电压将是二极管的正向压降，所述正向压降通常是小电压。开关元件Q2 302和Q3 304可在所述正向压降近乎为零电压时被接通。可针对接通开关元件Q1 300和Q4 306而构建类似的分析。

谐振回路网络210由电路元件的组合形成，所述电路元件包括补偿网络202、204和变压器模型222。谐振回路网络210的输入阻抗可由下列等式表示：

其中，R_e是输出负载电阻，j是使得j²＝-1的虚数算子，ω是频率。谐振回路网络210的输入阻抗可以是从逆变器200的输出端子观察到的阻抗。

谐振回路网络210的输入阻抗的幅值和相位可通过等式(1)确定。阻抗Z_in被表示为复数表达式并且可使用标准方法被转换成极坐标形式。具有实数项x和虚数项y的复数可被转换为具有幅值P和角度θ的极坐标形式。幅值P可被计算为x²和y²的和的平方根。角度θ可被计算为虚数项y除以实数项x的商的反正切。实数项和虚数项可被操纵，可推导得到阻抗相位角的表达式。

等式(1)描述变压器模型222的参数值如何影响阻抗。变压器模型222的参数值可以是预先已知的。参数值可以是标定值或可经由在线识别算法来识别。负载电阻R_e可在对牵引电池24充电期间基于电池的荷电状态和温度而变化。此外，负载电阻可基于可在充电期间被激活的其它负载(诸如，与电池制热和制冷关联的电力负载)而变化。负载电阻可包括牵引电池24的电阻。负载电阻可作为电力转换器的效率和温度的函数而变化。输入阻抗的幅值和相位可作为负载电阻R_e以及线圈之间的耦合系数的函数而变化。发送线圈40与接收线圈34的对准可影响耦合系数。

在逆变器200的输出端子处的阻抗的相位角影响实现开关器件的零电压开关的能力。可通过监测从逆变器200输出的电压波形和电流波形来测量阻抗的相位角。IPT控制器220可与电压传感器进行接口连接以测量逆变器输出处的电压。IPT控制器220可与电流传感器进行接口连接以测量在逆变器输出处流动的电流。作为示例，电压波形和电流波形可被转换为方波信号，当波形为正时所述方波信号为正，当波形为负时所述方波信号为零。相位角可基于方波信号的类似转换之间的时间差来确定。其它配置可检测电压波形和电流波形的零交叉之间的时间差。其它方法是可行的，针对公开的系统，任何方法可以是可接受的。

在充电期间，因为磁耦合可能在该时间期间是固定的，所以谐振回路网络210的参数可被认为是恒定的。假定线圈的相对位置没有变化，线圈之间的耦合系数可以是常数值。在这种情况下，输入电压和输出电压之间的增益也可以是不变的。谐振回路网络210的输入阻抗相位角确定连接到谐振回路网络210的逆变器200的效率以及施加的VA负荷(stress)。输入阻抗相位角和输出功率可用作反馈参数以控制无功功率的量来产生逆变器开关器件的软开关(ZVS)，同时还提高谐振回路网络效率并输送请求的输出功率。

电力转换器224可被配置为调整输出电压的幅值。电力转换器224可在允许输入电压的范围的同时调节负载电力。电力转换器224可以是被配置为输出与输入的DC电压不同的DC电压的DC/DC转换器。在一些配置中，DC/DC转换器可以是降压转换器。在一些配置中，DC/DC转换器可以包括降压能力和升压能力。车辆电力转换器224可包括开关元件318，开关元件318将电压输出连接到负载。开关元件318可以是固态器件(诸如，MOSFET)或者可以是继电器。

车辆可包括转换器控制器228，转换器控制器228被配置为控制电力转换功能并与EVSE 38进行接口连接。转换器控制器228可输出控制信号以操作电力转换器224的开关元件318。针对开关元件318的控制信号的占空比可被调整以实现期望的电力转换器224的输出电压。取决于电力转换器224的拓扑结构，控制电力转换器224的输出的其它方式可以是可用的。例如，频率控制方法和/或相移控制方法可以是可用的。所描述的控制策略适用于多种电力转换器配置。

所描述的IPT系统允许对系统中的特定电压和电流的控制。逆变器200允许对输入到谐振回路网络210的电压的控制。逆变器输出电压的幅值和频率可通过以指定的方式操作固态开关器件来控制。另外，电力转换器224的输出电压可通过调整电力转换器224中的开关元件318的占空比来控制。所述占空比可在零和百分之一百之间变化，使得百分之一百的占空比使输出电压等于输入电压。电力转换器224的输出电压可以是电压输入和占空比的乘积。控制逆变器200和电力转换器224可允许输出到牵引电池24的电力在各种情况下达到最大。

频率控制的IPT系统可通过调整输出电压设定点和输出负载电阻来提高效率。可控制这些参数以允许在更宽范围的未对准情况和/或系统组件的值的变化下进行操作。将IPT系统直接连接到负载导致由于传输期望的负载电力而产生对输出电压的约束。如果DC/DC电力转换器224连接在IPT系统和负载之间以调节负载电力，则IPT输出电压不再被输出负载电力的变化所约束。这允许控制系统控制IPT输出电压以满足其它目标(诸如，软开关)。电压设定点可控制输入到电力转换器224的电压。

IPT系统可以是频率控制的。即，逆变器200可被配置为调整逆变器输出电压的频率。输出电压频率的预定范围可被定义使得频率保持在预定范围内。频率范围可由IPT系统的工业标准(例如，汽车工程师协会(SAE)标准)来定义。

IPT系统可被配置为在预定范围的耦合系数下进行操作。例如，预定的最大量的线圈未对准可被容许。耦合系数可被识别或估计。

充电系统可基于输入阻抗相位角和输出功率基准来控制逆变器的输出电压。输出功率基准可以是对牵引电池24进行充电以及在充电期间操作附件负载所需要的功率的量。输出功率基准可以是EVSE 38的额定充电功率。例如，额定以3.3kW进行充电的充电站可将输出功率基准设定为3.3kW，以实现最大的电力传输。在一些配置中，输出功率基准可以是基于其它标准的。

IPT系统可被配置为实施控制策略以确定在电力转换器224的输入处的电压基准。IPT系统可运转使得作为电压基准的函数的功率输出的曲线呈现峰值。在低于特定电压基准的情况下，功率输出可随着电压增大而增大。在高于特定电压基准的情况下，功率输出可随着电压增大而减小。IPT系统可被配置为针对峰值功率输出来确定电压基准。

IPT系统可实施各种优化策略。为了在线圈之间传输最大量的电力，IPT系统可实施最大功率点追踪(MPPT)策略。IPT系统可实施最大效率点追踪(MEPT)策略以优化能量传输的效率。优化策略可包括扰动和观察分量。例如，可监测对操作点的变化的响应以确定系统响应是否在优化目标函数的方向上。算法可包括电导增量策略，在所述电导增量策略中，电流相对于电压变化的速率被监测以确定功率如何变化。其它策略是可行的并且可以替代地被选择。

所述系统可包括主控制器226，主控制器226实施极值搜索算法以最小化目标函数。主控制器226可与IPT控制器220以及转换器控制器228进行通信，以传送命令和接收反馈。主控制器226可实施优化策略，所述优化策略可输入需要的功率输出以及相位角基准。需要的功率输出可以是车辆用于对牵引电池24进行充电和在充电期间操作负载所需求的电力的量。需要的功率输出可以是充电系统的额定功率输出。相位角基准可被选择以提供逆变器200中的开关元件的ZVS。

可行的控制策略在图4中被描绘。目标函数400可被开发以基于多个标准来优化充电系统的操作。目标函数400可包括基于测量的输入阻抗相位角408与基准相位角410之间的误差的第一项404。第一差分元件418可输出作为测量的输入阻抗相位角408与基准相位角410之间的差的阻抗相位角误差。目标函数400可被配置为最小化阻抗相位角误差。例如，可定义形式W₁/(φ_error+0.1)的第一项404，其中，W₁为加权因子。项φ_error可以是逆变器200的输出处的阻抗相位角误差。基准相位角410可以是预定的相位角。为了实现零电压开关，基准相位角410可被选为指示电压引出电流的正值。例如，可选择二十度的基准相位角410以确保逆变器200的ZVS。

控制策略可包括相位角确定框440，相位角确定方框440被配置为测量或接收指示逆变器200的电压输出和电流输出的信号。相位角确定框440可计算并输出如前所述的网络的输入阻抗相位角408。

目标函数400可包括第二项402，第二项402被配置为最小化测量的功率输出412与基准功率输出414之间的输出功率误差。例如，第二项402可具有W₂/(P_error+0.1)的形式，其中，W₂为加权因子。第二差分元件416可输出作为测量的功率输出412与基准功率输出414之间的差的输出功率误差。项P_error可以是电力转换器224的输出处的输出功率误差。目标函数400的加权因子可被选择以在未对准情况或系统组件变化的情况下使电力传送优先于输入阻抗相位角控制。目标函数400可包括用于将IPT系统操作限制在预定操作范围内的项。求和元件406可输出第一加权项404和第二加权项402的总和以获得最终的目标函数值。

IPT系统可被配置为最大化目标函数。在这样的系统中，作为电压的函数的目标函数的关系可指示峰值。这样的系统可被配置为朝着实现峰值目标函数的方向改变电压。例如，系统可被配置为当目标函数输出与电压基准增大时增大电压基准。这可在目标函数输出的变化率和电压基准的变化率为正时被确定。系统可被配置为当目标函数输出减小而电压基准增大时减小电压基准。这可在目标函数输出的变化率为负且电压基准的变化率为正时被确定。系统可被配置为控制电压基准以实现最大的目标函数。类似地，系统可被配置为最小化可通过将加权因子的符号反相实现的目标函数。

可针对输入到电力转换器224的电压确定电压基准436。电压基准436可以是基于加权的目标函数400的。在一些配置中，目标函数400可被求微分以确定目标函数的变化率。第一微分元件420可输出目标函数400的输出值的变化率。微分元件420可基于输入值之间的差除以输入值之间的时间而输出输入的变化率。所公开的目标函数400的好处是在控制阻抗相位角以实现ZVS的同时仍然满足基准功率输出。

电压基准436还可被求微分以确定电压基准436的变化率。第二微分元件422可输出电压基准436的变化率。

目标函数400的变化率和电压基准436的变化率可被输入到增大/减小逻辑框424。电压基准436可基于电压基准436的斜率和加权目标函数400的斜率而改变。此外，电压基准436可以是基于斜率的符号(正或负)的。电压基准436可基于目标函数斜率的符号和电压基准斜率的符号而增大或减小预定的电压。例如，当目标函数斜率的符号和电压基准斜率的符号相同时，电压基准可增大。当两个斜率都为正时，行为使得增大电压基准436增大目标函数400的值。类似地，当两个斜率都为负时，行为使得减小电压基准436将减小目标函数400，因此增大电压基准是优选的。利用类似的分析，当斜率的符号相反时，电压基准436可被减小。

在一些配置中，每次执行控制策略时，电压基准436被增大或减小预定的电压。在这些配置中，电压基准436针对系统参数的变化的响应被预定的电压增大和/或减小所限制。

作为结果的系统(resulting system)输出尝试优化目标函数400的电压基准436。目标函数400可被配置为被最小化或最大化。电压基准436是电力转换器224的输入处的期望电压。电流基准框426可被实施以基于功率输出基准414和电压基准436来计算电流基准438。电流基准438可以是输入到电力转换器224的期望电流。

电压基准436可被输入到频率控制逻辑框428。频率控制逻辑428可使用电压基准436来调整逆变器输出电压的频率。电压测量系统432可被配置为对车辆电力转换器224的输入处的电压进行测量和采样。电压测量系统432可被实施为车辆12中的转换器控制器228的一部分并且可将值传送到IPT控制器220。例如，电压基准436与输入到电力转换器224的电压之间的误差可被计算，并被用于比例积分(PI)控制策略以产生用于逆变器输出的频率基准。IPT控制器220随后可将逆变器220的开关调整到期望的频率。随着时间的流逝，输入到电力转换器224的电压应该跟随电压基准436。

转换器控制器228可实施电力转换器控制策略430以控制电力转换器224。在一些配置中，电力转换器控制策略430可控制电力转换器开关器件的占空比。电流基准438可与输入到电力转换器224的实际输入电流值一起被用在控制回路中。转换器控制器228可包括电流测量系统434，电流测量系统434被配置为测量输入到电力转换器224的电流。例如，电流基准438与测量的或估计的输入到电力转换器224的电流之间的误差可被计算，并用在比例积分(PI)控制策略中以产生电力转换器224的占空比。占空比可被用于确定改变电压输出的电力转换器224的开关模式。注意的是，PI控制策略仅仅是各种可用的控制策略的示例，并且可无限制地选择其它控制策略。

所公开的控制策略通过控制逆变器200的频率来操作以提供输入到电力转换器224的电压，所述电力转换器224产生期望的功率输出并使阻抗相位角趋向于预定阻抗相位角。控制电力转换器224的占空比以满足期望的功率输出。

控制策略允许系统对系统参数或功率需求的变化做出响应。例如，连接到电力转换器224的负载的变化可影响系统的阻抗。在逆变器输出处的阻抗的相位角可被改变使得逆变器的ZVS受影响。负载的变化可导致负载的功率需求的增大。这些变化可反映在加权目标函数400中。基于目标函数400的变化率，电压基准436可开始朝着优化目标函数400的方向变化。因为电压基准436的变化率可被限制，所以电压基准436可以开始以预定速率变化。

电流基准438(需求的功率414和电压基准436的函数)可响应于功率需求的增大而快速变化。电流基准438可被提供给转换器控制器228，转换器控制器228随后可调整占空比以实现电流基准438。结果可以是电力转换器224相对快速地反应以尝试满足功率需求的增大。例如，需求的功率的增大可导致电流基准438的增大。电流基准438的增大可导致占空比的增大以增大从电力转换器224输出的电压。电力转换器224的电压输出可被电压输入限制。即，百分之一百占空比的电力转换器输出处的最大电压等于输入到电力转换器的电压。在一些情况下，可通过增大占空比来满足功率输出的增大。

在电压基准增大的情况下，输入到电力转换器224的电压可增大以匹配基准。随着电压基准增大，电流基准可作为响应而减小。在一些时间之后，电压基准和电流基准可稳定在使目标函数400最优化的值。有时，目标函数400可在最小或最大值处被最优化。系统的稳定条件可以是电压基准以接近最优值的小幅值振荡的操作状态。

所公开的系统允许在实现ZVS的同时最大化到牵引电池的电力传输。通过控制逆变器200和电力转换器224来实施控制。增加电力转换器224提供使两个目标的实现成为可能的额外程度的控制。阻抗相位角和输出功率可被用作反馈以控制无功功率的量来在传输需要的功率的同时引发逆变器开关的软开关。在将整流后的电压直接连接到牵引电池24的系统中，为了传输需要的功率而对输出电压造成约束。整流器206与牵引电池24之间的电力转换器224允许用于调节输出功率的额外程度的控制。随后可控制逆变器200以满足其它目标(诸如，软开关)。

主控制器226的采样率可比IPT控制器220和转换器控制器228的采样率低。这允许IPT控制器220实现电压基准，并允许转换器控制器228实现电流基准。其它控制器配置是可行的。例如，主控制器226的功能可在IPT控制器220或转换器控制器228中实现。

所公开的策略允许IPT系统在宽范围的耦合系数和系统组件值的变化内传输全功率。所述策略还通过在逆变器开关器件的软开关操作可行的区域内操作来提高系统效率。发送线圈40和接收线圈34中的VA负荷被最小化，这可使使用较低成本的组件成为可能并提高了热性能。所述策略还最小化了发送线圈和接收线圈中的电流循环量，这可使电磁场(EMF)暴露和辐射降到最低。

在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置以及其它磁介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选择地，所述处理、方法或算法可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合被整体或部分地实现。

尽管上面描述了示例性实施例，但并不意在这些实施例描述了权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解，可在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成可能未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。