一种电动汽车无线充电系统的参数辨识方法

本发明涉及电动汽车无线充电领域，具体形容为一种电动汽车无线充电系统参数辨识方法。

背景技术：

1、21世纪，电动汽车实用化前景日益清晰，汽车电池无线充电技术已成为研究的热点。效率是充电过程的关键，对于电动汽车无线充电过程而言，接收线圈与发射线圈的耦合强度对系统传输效率与功率影响显著。而在实际充电过程中，接收线圈与发射线圈之间的位错以及电感电容组件或其他参数的微小变化对耦合系数由不可避免的影响，进而影响系统传输效率与功率，因此辨识电动汽车无线充电系统接收线圈与发射线圈的耦合系数是很有必要的。

2、目前关于电动汽车无线充电系统参数辨识的方法存在算法复杂、识别不准等问题，求解过程运算量大，增加了实施难度和复杂度，提高了系统成本，且辨识参数类型存在局限性，大大降低了识别的准确度和可靠性，并没有考虑电动汽车无线充电过程中可能发生负载和位置变化，导致充电效率达不到最大。

技术实现思路

1、本发明为克服现有技术的不足之处，提出一种电动汽车无线充电系统的参数辨识方法，以期能基于电流、电压与工作频率的测量，对ss补偿的电动汽车无线充电系统进行快速的参数辨识，从而能提高参数辨识结果的精确性与可靠性，简化计算机参数辨识过程，改善系统复杂度，从而能保障电动汽车无线充电系统的工作效率。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种电动汽车无线充电系统的参数辨识方法，所述电动汽车无线充电系统采用ss补偿结构，其特点在于，所述参数辨识方法是按如下步骤进行：

4、步骤1、所述电动汽车无线充电系统启动时，从无线充电系统内部控制器的存储器中读取系统参数标称值，包括：发射端线圈自感标称值lp0、发射端串联补偿电容标称值cp0、接收端线圈自感标称值ls0、接收端补偿电容标称值cs0；

5、步骤2、所述电动汽车无线充电系统接收上位机的控制命令，包括：辨识参数类型命令pit；

6、步骤3、设定当前次无线充电下的当前循环次数为i；

7、所述电动汽车无线充电系统实时获取汽车在第i次循环的传感器信号，包括：所述第i次循环的输出电压值所述第i次循环的输入电压值所述第i次循环的输出电流值

8、步骤4、控制器计算当前次无线充电时的参数，包括：线圈自感比λl、发射端谐振频率fp、接收端与发射端谐振频率比λf、归一化频率fn；

9、控制器计算当前次无线充电下第i次循环的平均输入电压所述第i次循环的平均输出电压所述第i次循环的平均输出电流所述第i次循环的等效负载电阻所述第i次循环的等效负载因数所述第i次循环的归一化频率所述第i次循环的线圈自感比所述第i次循环的等效负载因数

10、步骤5、控制器根据辨识参数类型命令pit，辨识相应参数：

11、步骤5.1、若所述辨识参数类型命令pit为0，则表示所述上位机给出只需辨识耦合系数和互感值指令，并执行步骤5.2-步骤5.4；

12、若所述辨识参数类型命令pit为1，则表示上位机给出需辨识所有参数指令，并跳转步骤5.5-步骤5.11；

13、步骤5.2、利用所述电动汽车无线充电系统的电压增益辨识精确耦合系数与精确互感值

14、步骤5.3、利用电动汽车无线充电系统的电流-电压增益对精确耦合系数与精确互感值进行诊断与校正，得到所述第i次循环的校正精确耦合系数和校正精确互感值

15、步骤5.4、计算所述第i次循环的互感误差

16、若em(i)<δ，则表示得到所述第i次循环的互感值m(i)的最终辨识结果为

17、若em(i)>δ，则表示所述第i次循环的互感值m(i)有误，并将i+1赋值给i后，返回步骤5.2.1顺序执行；δ表示互感误差阈值；

18、步骤5.5、由式(11)分别计算所述第i次循环的发射端自感lp(i)的偏差率所述第i次循环的接收端自感ls(i)的偏差率所述第i次循环的发射端补偿电容cp(i)的偏差率所述第i次循环的接收端补偿电容cs(i)的偏差率

19、

20、式(11)中，δlp(i)表示所述第i次循环的发射端线圈自感lp(i)与发射端线圈自感标称值lp0的差值，δls(i)表示所述第i次循环的接收端线圈自感ls(i)与接收端线圈自感标称值ls0的差值，δcp(i)表示所述第i次循环的发射端补偿电容cp(i)与发射端串联补偿电容标称值cp0的差值，δcs(i)表示所述第i次循环的接收端补偿电容cs(i)与接收端补偿电容标称值cs0的差值；

21、步骤5.6、利用式(12)分别将所述第i次循环的发射端补偿电容cp(i)的偏差率所述第i次循环的接收端补偿电容cs(i)的偏差率等效为所述第i次循环的发射端线圈自感lp(i)的偏差率所述第i次循环的接收端线圈自感ls(i)的偏差率

22、

23、步骤5.7、按照步骤5.2和步骤5.3的过程辨识所述第i次循环的精确耦合系数与所述第i次循环的精确互感值并对精确耦合系数与精确互感值进行诊断与校正；

24、步骤5.8、利用电动汽车无线充电系统的第i次循环的电压增益gv(i)与系统各参数的校正关系式辨识所有参数：

25、令第i次循环的参数偏差率记为δ(i)，且δ(i)包含δk(i)、δp(i)、δs(i)，利用式(13)构建所述第i次循环的电压增益gv(i)与包含参数偏差率δ(i)的电动汽车无线充电系统中第i次循环的各参数的关系式：

26、

27、式(13)中，δk(i)为所述第i次循环的耦合系数的预估值与精确值的偏差率，δp(i)为所述第i次循环的发射端线圈自感的偏差率，δs(i)为所述第i次循环的接收端线圈自感的偏差率；g(i)(δk(i)，δp(i)，δs(i))为所述第i次循环的电压增益的系统参数偏差函数；g(i)(0，0，0)表示g(i)(δk(i)，δp(i)，δs(i))在δk(i)＝0，δp(i)＝0，δs(i)＝0时的函数值，表示g(i)(δk(i)，δp(i)，δs(i))在δk(i)＝0，δp(i)＝0，δs(i)＝0时对δk(i)的偏导数，表示g(i)(δk(i)，δp(i)，δs(i))在δk(i)＝0，δp(i)＝0，δs(i)＝0时对δp(i)的偏导数，表示g(i)(δk(i)，δp(i)，δs(i))在δk(i)＝0，δp(i)＝0，δs(i)＝0时对δs(i)的偏导数；

28、利用式(14)确定所述第i次循环的参数偏差率δ(i)：

29、

30、式(14)中，j(i)表示所述第i次循环的函数g(i)(δk(i)，δp(i)，δs(i))的雅可比矩阵，r(i)为第i次循环的残差向量，且包含所述第i次循环的函数g(i)(δk(i)，δp(i)，δs(i))的所有残差；

31、步骤5.9、利用式(15)构建所述第i次循环的电流-电压增益与包含参数偏差率δ(i)的第i次循环的系统各参数的关系式：

32、

33、式(15)中，g'(δk(i)，δp(i)，δs(i))为第i次循环的电流-电压增益的系统参数偏差函数；

34、利用式(16)确定第i次循环的校正参数偏差率δ’(i)：

35、

36、式(16)中，j'(i)表示第i次循环的函数g'(δk(i)，δp(i)，δs(i))的雅可比矩阵，r'(i)为第i次循环的残差向量，且包含第i次循环的函数g'(δk(i)，δp(i)，δs(i))的所有残差；

37、步骤5.10、计算第i次循环的参数偏差

38、若eδ(i)<δ'，则表示得到所述第i次循环的参数偏差率δ(i)的最终辨识结果为

39、若eδ(i)>δ'，则表示所述第i次循环的参数偏差率δ(i)有误，将i+1赋值给i后，返回步骤5.5顺序执行；δ'表示参数偏差阈值；

40、步骤5.11、计算第i次循环的所有参数的辨识值：

41、按照式(17)至式(19)获得电动汽车无线充电系统在当前次无线充电下第i次循环的校正精确耦合系数第i次循环的发射端线圈等效自感第i次循环的接收端线圈等效自感第i次循环的接收端与发射端自感比第i次循环的归一化工作频率第i次循环的等效负载因数和第i次循环的校正精确互感系数

42、

43、

44、

45、式(17)中，为所述第i次循环的耦合系数的预估值与精确值的精确偏差率，为所述第i次循环的发射端线圈自感的精确偏差率，为所述第i次循环的接收端线圈自感的精确偏差率；

46、通过式(20)计算电动汽车无线充电系统在当前次无线充电下第i次循环的归一化输入阻抗zn(i)：

47、

48、通过式(21)辨识所述电动汽车无线充电系统在当前次无线充电下第i次循环的输入阻抗zn(i)|：

49、

50、通过式(22)辨识所述第i次循环的输入阻抗角

51、

52、以第i次循环的校正精确耦合系数校正精确互感系数发射端线圈等效自感接收端线圈等效自感接收端与发射端自感比归一化工作频率等效负载因数输入阻抗|zn(i)|和输入阻抗角作为所述电动汽车无线充电系统在当前次无线充电下第i次循环的辨识结果。

53、本发明所述的一种电动汽车无线充电系统的参数辨识方法的特点也在于，所述步骤5.2包括：

54、步骤5.2.1、令fn＝1时，利用式(1)得到所述第i次循环的预估耦合系数

55、

56、式(1)中，lp表示发射端线圈自感；

57、步骤5.2.2、利用式(2)构建所述第i次循环的电压增益与所述电动汽车无线充电系统中第i次循环的各参数的关系式：

58、

59、式(2)中，电压增益表示所述第i次循环的输出电压值与所述第i次循环的输入电压值的比值；表示的系数，并由式(3)得到，表示的系数，并由式(4)得到，表示的系数，并由式(5)得到；

60、

61、

62、

63、步骤5.2.3、利用非线性最小二乘法对所述第i次循环的预估耦合系数进行拟合，得到所述第i次循环的耦合系数偏差δk(i)；

64、步骤5.2.4、利用式(6)得到预估耦合系数的精确辨识结果，即所述第i次循环的精确耦合系数

65、

66、步骤5.2.5、根据式(7)得到所述第i次循环的精确互感值

67、

68、式(7)中，ls表示接收端线圈自感。

69、所述步骤5.3包括：

70、步骤5.3.1、利用式(8)构建所述第i次循环的电流-电压增益与所述电动汽车无线充电系统中第i次循环的各参数的关系式：

71、

72、式(8)中，电流-电压增益表示所述第i次循环的输出电流值与所述第i次循环的输入电压值的比值；

73、步骤5.3.2、利用非线性最小二乘法对所述第i次循环的预估耦合系数进行拟合，得到所述第i次循环的校正耦合系数偏差δk'(i)；

74、步骤5.3.3、利用式(9)获得所述第i次循环的预估耦合系数的校正精确辨识结果，即校正精确耦合系数

75、

76、步骤5.3.4、根据式(10)得到所述第i次循环的校正精确互感值

77、

78、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述参数辨识方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

79、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述参数辨识方法的步骤。

80、与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

81、1、本发明通过上位机控制采样周期命令、采样个数命令、参数辨识周期命令和辨识参数类型命令，可以在不同辨识状态或外界环境下，改变采样周期和采样个数；相较于传统的ss电动汽车无线充电系统，本发明实现了采样周期可调，可以顺应工况的改变而调整辨识初始数据，从而使得辨识结果更准确。

82、2、在本发明中，利用电压增益精确辨识相关系统参数，然后利用电流-电压增益对辨识结果进行诊断与校正，相较于传统的ss电动汽车无线充电系统，本发明提高了参数辨识结果的精确性与可靠性。

83、3、本发明辨识过程采用最简优化方法来计算，在复杂辨识中将非线性参数识别问题转化为线性参数识别问题，使求解过程简化。相较于传统的ss电动汽车无线充电系统，本发明使计算机系统复杂性减小，最终可快速、准确地辨识电动汽车无线充电系统接收线圈与发射线圈的耦合系数，以及负载、发射端线圈自感等效偏差、接收端线圈自感等效偏差、工作频率、输入阻抗角等参数，实现了更安全、更迅速、更有效、更有针对性的参数辨识，进而提高了电动汽车无线充电系统的工作效率。