专利名称：一种电压型无线供电系统负载识别方法
一种电压型无线供电系统负载识别方法技术领域
本发明属于一种IPT系统的负载识别技术，具体涉及一种电压型无线供电系统负载识别方法。
背景技术：
感应电能传输(Inductively Power Transfer,简称IPT)技术是基于法拉第电磁感应原理，利用高频交变磁场实现电能在完全电气绝缘的电源系统和可移动负载间无线传输的一种新型安全的供电技术。该技术已在电动汽车、旋转用电设备、生物医疗、家电和移动电子设备等领域得到了广泛的应用。由于IPT系统所带负载的功率性质和等级跨度大(几毫瓦到上千瓦)，若不对负载的性质和功率大小进行辨识，IPT系统工作的稳定性和可靠性会大大降低。因此，当IPT系统正常工作之前，应对负载的性质和功率容量进行识别，从而进入相应适合于该负载的功率传输阶段。由于IPT系统通常包含较多的储能元件， 其阶数一般高于3 ;由于系统中包含非线性开关网络，因此呈现出严重的开关非线性；由于 IPT系统的工作频率一般在20 IOOkHz左右，因此其工作频率较高。对于该高阶、非线性和高频IPT系统，要进行负载参数识别相当困难，见参考文献[1]X. Dai,Y. Sue,C. S. Tang and Z. H. Wang. Dynamic parameter identification method forinductively coupled power transfer system[C], IEEE ICSET 2010, Kandy Sri Lanka. 2010.和参考文献[2]孙跃， 黄卫，苏玉刚.非接触式电能传输系统的负载识别算法[J].重庆大学学报，2009，32 (2) 141-145。
然而传统的这些识别技术主要利用原边谐振电压和电流之间的相差来进行负载的识别，需检测太多的变量，使控制系统非常复杂，较难实现。
对于电压型IPT系统，若采用无线通信模块的方式实现负载辨识，由于同时存在功率传输和无线通信的高频磁场，两者相互的干扰，有可能会使能量传输和无线通信的可靠性降低。
若采用基于反射阻抗和检测谐振电压和电流相位差的辨识方法，理论上虽然能够精确辨识负载大小，但是实际上，由于要检测电流峰值，电压峰值以及两者的相差。导致硬件电路及其复杂，过多的被检测量容易影响实际负载识别的精确度。发明内容
本发明的目的是提供一种电压型无线供电系统负载识别方法，能识别有无负载以及有负载时负载的功率等级。
为达到上述目的，本发明表述一种电压型无线供电系统负载识别方法，其关键在于包括以下步骤
步骤一、组建电压型IPT系统，并对其原边电路进行直流供电；
步骤二、在原边逆变桥电路施加能量注入控制信号，使其处于能量注入状态，维持一段时间后，结束能量注入；
步骤三、在原边逆变桥电路施加自由振荡控制信号，电源停止对IPT系统供电，使其处于自由谐振状态；
步骤四、原边电路采样单元在自由谐振状态获得2N个原边谐振电流峰值和系统工作频率采样值，并设定统计次数K=I，N是人为设定值；
步骤五、在时间节点\和时间节点分别提取一个原边谐振电流峰值ipi (h)和iPJ(tJ);步骤六、计算电路中总的有功耗损部分Rx，Rx包括副边电路产生的反射阻抗有功部分Rr和原边线圈的内阻损耗部分Rp ；
步骤七、判断所述电路中总的有功耗损部分Rx是否小于1. 02倍Rp，Rp为谐振电感 Lp的等效串联内阻；
如果Rx小于1. 02倍Rp，则执行判断是否有无互感耦合值M的流程；
如果Rx大于或等于1. 02倍Rp，则执行计算负载阻抗值R^1的流程；
所述判断是否有无互感耦合值M的流程由以下流程步骤组成
第一步、统计次数K=K+1 ;
第二步、判断统计次数K是否大于人为设定值N ；
如果K不大于人为设定值N，则返回所述步骤五；
如果K大于人为设定值N，则可判断出是没有互感耦合值M ;
所述计算负载阻抗值R^1的流程由以下流程步骤组成
第I步、计算所述计算当前K值下的负载阻抗值ReqK ；
第2步、统计次数K=K+1 ；
第3步、判断统计次数K是否大于人为设定值N ；
如果K不大于人为设定值N，则返回所述步骤五；
如果K大于人为设定值N，循环结束，接下来取N个的数学平均值，确定为副边电路的负载阻抗值R^1。
进一步，所述电压型IPT系统由原边电路和副边电路组成；
其中原边电路设置有全桥，该全桥的电源端连接直流电源，输出端与原边谐振电感Lp、原边补偿电容Cp组成一个串联回路；
其中副边电路由副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs、等效负载电阻Req组成，三者组成一个串联回路。
进一步，所述全桥逆变器中的4路开关交替导通或截止，在原边电路上生成步骤2 所述的能量注入控制信号，当全桥逆变器中两个桥臂的上管导通、下管截止，或上管截止、 下管导通，进入步骤3所述的自由谐振状态。
进一步，所述原边电路上还安装有电流互感器，电流互感器获取在原边电路上能量注入状态和自由谐振状态的电流波形，该电流互感器的输出端连接有谐振电流峰值采样装置和谐振电流过零采样装置；
所述谐振电流峰值采样装置发送所述电流波形的谐振电流峰值数据给辨识单元;
所述谐振电流过零采样装置发送所述电流波形的谐振电流过零数据给辨识单元。进一步，在步骤五中，电流互感器检测到的第i个和第j个峰值分别为ipi(ti)和iPJ(tj)，且峰值时刻分别为ti和同时自由谐振状态下原边电路系统的工作频率为COd， 且 1 ( i〈j ；进一步，步骤六中，所述电路中总的有功耗损部分
权利要求
1.一种电压型无线供电系统负载识别方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一、组建电压型IPT系统，并对其原边电路进行直流供电； 步骤二、在原边逆变桥电路施加能量注入控制信号，使其处于能量注入状态，维持一段时间后，结束能量注入； 步骤三、在原边逆变桥电路施加自由振荡控制信号，电源停止对IPT系统供电，使其处于自由谐振状态； 步骤四、原边电路采样单元在自由谐振状态获得2N个原边谐振电流峰值和系统工作频率采样值，并设定统计次数K=I，N是人为设定值； 步骤五、在时间节点\和时间节点&分别提取一个原边谐振电流峰值ipi(ti)和iPJ(tJ); 步骤六、计算电路中总的有功耗损部分Rx，Rx主要包括副边电路产生的反射阻抗有功部分Rr和原边线圈的内阻损耗部分Rp，即谐振电感Lp的等效串联内阻； 步骤七、判断所述电路中总的有功耗损部分Rx是否小于I. 02倍Rp ； 如果Rx小于I. 02倍Rp，则执行判断是否有无互感耦合值M的流程； 如果Rx大于或等于I. 02倍Rp，则执行计算负载阻抗值Rrai的流程； 所述判断是否有无互感耦合值M的流程由以下流程步骤组成 第一步、统计次数K=K+1 ； 第二步、判断统计次数K是否大于人为设定值N ； 如果K不大于人为设定值N，则返回所述步骤五； 如果K大于人为设定值N，则可判断出是没有互感耦合值M ； 所述计算负载阻抗值Rrai的流程由以下流程步骤组成 第I步、计算所述计算当前K值下的负载阻抗值； 第2步、统计次数K=K+1 ； 第3步、判断统计次数K是否大于人为设定值N ； 如果K不大于人为设定值N，则返回所述步骤五； 如果K大于人为设定值N，循环结束，接下来取N个的数学平均值，确定为副边电路的负载阻抗值R^1。
2.根据权利要求I所述一种电压型无线供电系统负载识别方法，其特征在于，所述电压型IPT系统由原边电路和副边电路组成； 其中原边电路设置有全桥逆变器，该全桥逆变器的电源端连接直流电源，输出端与原边谐振电感Lp、原边补偿电容Cp组成一个串联回路； 其中副边电路由副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs、等效负载电阻R^1组成，三者组成一个串联回路。
3.根据权利要求2所述一种电压型无线供电系统负载识别方法，其特征在于，所述全桥逆变器中的4路开关交替导通或截止，在原边电路上生成步骤2所述的能量注入控制信号，当全桥逆变器中两个桥臂的上管导通、下管截止，或上管截止、下管导通，进入步骤三所述的自由谐振状态。
4.根据权利要求2所述一种电压型无线供电系统负载识别方法，其特征在于，所述原边电路上还安装有电流互感器，电流互感器获取在原边电路上能量注入状态和自由谐振状态的电流波形，该电流互感器的输出端连接有谐振电流峰值采样装置和谐振电流过零采样装置； 所述谐振电流峰值采样装置发送所述电流波形的谐振电流峰值数据给辨识单元； 所述谐振电流过零采样装置发送所述电流波形的谐振电流过零数据给辨识单元。
5.根据权利要求4所述一种电压型无线供电系统负载识别方法，其特征在于，在步骤五中，电流互感器检测到的第i个和第j个峰值分别为ipi(ti)和ipj(tj)，且峰值时刻分别为&和tj,同时自由谐振状态下原边电路系统的工作频率为Wd,且I彡i〈j ； 步骤六中，所述电路中总的有功耗损部分
6.根据权利要求4所述一种电压型无线供电系统负载识别方法，其特征在于， 所述负载阻抗值
全文摘要
本发明公开包括以下步骤组建电压型IPT系统，原边电路采样单元在自由谐振状态获得2N个原边谐振电流峰值和系统工作频率采样值，并计算副边电路产生的总的有功耗损部分RX，通过其与原边线圈内阻Rp的比较，判断是否有无互感耦合值M；若有，则计算负载阻抗值Req。其显著效果是能利用能量注入和自由谐振两种基本模式，检测自由谐振模式期间的振荡频率及原边谐振电流峰值的变化，进而达到识别有无负载以及有负载时负载的功率等级。
文档编号H02J17/00GK102983638SQ20121043122
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者王智慧, 孙跃, 苏玉刚, 唐春森, 戴欣 申请人:重庆大学