一种电压型无线供电系统负载识别方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种电压型无线供电系统负载识别方法及系统，该负载识别方法包括如下步骤：组建电压型IPT系统，该电压型IPT系统的原边补偿电容Cp包括并联的第一电容和第二电容，第二电容由控制器通过开关控制实现接通和切断；第一电容接入原边电路，原边电路进入谐振状态；电流检测装置检测原边电路的电流得到第一有效值；闭合开关，使第一电容和第二电容并联后接入原边电路，控制器调节逆变器的工作频率使原边电路进入谐振状态；电流检测装置检测原边电路的电流得到第二有效值；控制器根据原边电路电流的第一有效值、第二有效值以及对应的工作频率建立阻抗方程，求取等效负载阻抗ZL。本发明能够实现负载的准确检测，使IPT系统进入最佳功率传输阶段。
【专利说明】一种电压型无线供电系统负载识别方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及IPT (Inductive Power Transfer,感应电能传输)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及系统。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]由于IPT系统通常具有以下几个特点，一是包含较多的储能元件，其阶数一般高于3 ;二是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；三是，由于IPT系统的工作频率一般在20-100kHz左右，因此其工作频率较高。对于高阶、非线性和高频的IPT系统，要进行负载参数识别相当困难，目前，传统的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。
[0004]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】
[0005]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，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及系统，能够准确识别IPT系统的负载。
[0006]为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种电压型无线供电系统负载识别方法，包括如下步骤:
[0007]S1:组建电压型IPT系统，所述电压型IPT系统由原边电路和副边电路组成；
[0008]所述原边电路设置有全桥逆变器，所述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相连组成一个串联回路，所述原边补偿电容Cp包括并联的第一电容Cl和第二电容C2，所述第二电容C2由开关S控制实现接通和切断，所述开关S与控制器相连，由控制器控制开关S的通断；
[0009]所述原边电路还设置有电流检测装置，所述电流检测装置与所述原边谐振电感Lp串联，所述电流检测装置还与所述控制器相连，所述电流检测装置用于检测所述原边谐振电感Lp内的电流并将所述电流传输给所述控制器；
[0010]所述副边电路由副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs、等效负载阻抗4组成，所述副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs和等效负载阻抗\三者依次相连组成一个串联回路；
[0011]S2:控制器切断开关S，使第一电容Cl接入原边电路，直流电源对原边电路进行直流供电，使所述原边电路进入谐振状态；
[0012]S3:电流检测装置检测原边电路的电流并将所述电流传输给所述控制器，所述控制器获取所述原边电路电流的第一有效值；
[0013]S4:控制器闭合开关S，使第一电容Cl和第二电容C2并联后接入原边电路，直流电源对原边电路进行直流供电，控制器调节逆变器的工作频率使原边电路进入谐振状态；
[0014]S5:电流检测装置检测原边电路的电流并将所述电流传输给所述控制器，所述控制器获取所述原边电路电流的第二有效值；
[0015]S6:控制器根据所述原边电路电流的第一有效值和第二有效值建立阻抗方程，求取等效负载阻抗
[0016]本发明通过改变原边补偿电容的大小，使原边工作在两种不同的谐振频率下，通过建立方式反射阻抗方程，实现负载准确识别，使IPT系统处于最佳功率传输阶段。
[0017]为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种电压型无线供电系统负载识别系统，包括电压型IPT系统和控制器；所述电压型IPT系统由原边电路和副边电路组成，所述原边电路设置有全桥逆变器，所述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相连组成一个串联回路，所述原边补偿电容Cp包括并联的第一电容Cl和第二电容C2，所述第二电容C2由开关S控制实现接通和切断，所述开关S与控制器相连，由控制器控制开关S的通断，所述原边电路还设置有电流检测装置，所述电流检测装置与所述原边谐振电感Lp串联，所述电流检测装置还与所述控制器相连，所述电流检测装置用于检测所述原边谐振电感Lp内的电流并将所述电流传输给所述控制器；所述副边电路由副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs、等效负载阻抗\组成，所述副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs和等效负载阻抗&三者依次相连组成一个串联回路；所述电流检测装置包括谐振电流频率检测单元、谐振电流有效值采样单元和谐振电流过零采样单元，所述谐振电流频率检测单元用于检测原边电流的谐振频率，所述谐振电流有效值采样单元和谐振电流过零采样单元分别对原边电路的电流进行有效值采样和电流过零采样；所述控制器的输入端与所述电流检测装置的输出端相连，所述控制器包括频率调节单元和负载识别单元，所述谐振电流过零采样单元的输出端与所述频率调节单元的输入端相连，所述频率调节单元的输出端与全桥逆变器相连，所述频率调节单元根据所述谐振电流过零采样单元采集的电流过零信号调节全桥逆变器输出的电压的频率使原边电路进入谐振状态，所述负载识别单元分别与所述谐振电流频率检测单元和所述谐振电流有效值采样单元相连，用于建立阻抗方程，对负载进行识别并输出。
[0018]本发明的电压型无线供电系统负载识别系统能够实现负载的准确检测，使IPT系统进入最佳功率传输阶段。
[0019]在本发明的一种优选实施方式中，所述根据第一有效值、第二有效值以及对应工作频率建立的阻抗方程为:
[0020]
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【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:包括如下步骤: 51:组建电压型IPT系统，所述电压型IPT系统由原边电路和副边电路组成； 所述原边电路设置有全桥逆变器，所述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相连组成一个串联回路，所述原边补偿电容Cp包括并联的第一电容Cl和第二电容C2，所述第二电容C2由开关S控制实现接通和切断，所述开关S与控制器相连，由控制器控制开关S的通断； 所述原边电路还设置有电流检测装置，所述电流检测装置与所述原边谐振电感Lp串联，所述电流检测装置还与所述控制器相连，所述电流检测装置用于检测所述原边谐振电感Lp内的电流并将所述电流传输给所述控制器； 所述副边电路由副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs、等效负载阻抗Zl组成，所述副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs和等效负载阻抗\三者依次相连组成一个串联回路； 52:控制器切断开关S，使第一电容Cl接入原边电路，直流电源对原边电路进行直流供电，使所述原边电路进入谐振状态； 53:电流检测装置检测原边电路的电流并将所述电流传输给所述控制器，所述控制器获取所述原边电路电流的第一有效值与第一工作频率； S4:控制器闭合开关S，使第一电容Cl和第二电容C2并联后接入原边电路，直流电源对原边电路进行直流供电，控制器调节逆变器的工作频率使原边电路进入谐振状态； 55:电流检测装置检测原边电路的电流并将所述电流传输给所述控制器，所述控制器获取所述原边电路电流的第二有效值与第二工作频率； 56:控制器根据所述原边电路电流的第一有效值、第二有效值以及对应工作频率建立阻抗方程，求取等效负载阻抗\。
2.如权利要求1所述的电压型无线供电系统负载识别方法，其特征在于:所述电流检测装置的输入端与原边电路相连，所述电流检测装置包括谐振电流频率检测单元、谐振电流有效值采样单元和谐振电流过零采样单元，所述谐振电流频率检测单元用于检测原边电流的谐振频率，所述谐振电流有效值采样单元和谐振电流过零采样单元分别对原边电路的电流波形进行有效值采样和电流过零采样； 所述控制器的输入端与所述电流检测装置的输出端相连，所述控制器包括频率调节单元和负载识别单元，所述谐振电流过零采样单元的输出端与所述频率调节单元的输入端相连，所述频率调节单元的输出端与全桥逆变器相连，所述频率调节单元根据所述谐振电流过零采样单元采集的电流过零信号调节全桥逆变器输出的电压频率使原边电路进入谐振状态，所述负载识别单元分别与所述谐振电流频率检测单元和谐振电流有效值采样单元相连，用于建立阻抗方程，对负载进行识别并输出。
3.如权利要求1所述的电压型无线供电系统负载识别方法，其特征在于:所述根据第一有效值、第二有效值以及对应工作频率建立的阻抗方程为:
4.一种利用权利要求1所述电压型无线供电系统负载识别方法的进行负载识别的系统，其特征在于:包括电压型IPT系统和控制器； 所述电压型IPT系统由原边电路和副边电路组成，所述原边电路设置有全桥逆变器，所述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相连组成一个串联回路，所述原边补偿电容Cp包括并联的第一电容Cl和第二电容C2，所述第二电容C2由开关S控制实现接通和切断，所述开关S与控制器相连，由控制器控制开关S的通断，所述原边电路还设置有电流检测装置，所述电流检测装置与所述原边谐振电感Lp串联，所述电流检测装置还与所述控制器相连，所述电流检测装置用于检测所述原边谐振电感Lp内的电流并将所述电流传输给所述控制器； 所述副边电路由副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs、等效负载阻抗\组成，所述副边谐振电感Ls、副边补偿电容Cs和等效负载阻抗\三者依次相连组成一个串联回路； 所述电流检测装置包括谐振电流频率检测单元、谐振电流有效值采样单元和谐振电流过零采样单元，所述谐振电流频率检测单元用于检测原边电流的谐振频率，所述谐振电流有效值采样单元和谐振电流过零采样单元分别对原边电路的电流进行有效值采样和电流过零采样； 所述控制器的输入端与所述电流检测装置的输出端相连，所述控制器包括频率调节单元和负载识别单元，所述谐振电流过零采样单元的输出端与所述频率调节单元的输入端相连，所述频率调节单元的输出端与全桥逆变器相连，所述频率调节单元根据所述谐振电流过零采样单元采集的电流过零信号调节全桥逆变器输出的电压的频率使原边电路进入谐振状态，所述负载识别单元分别与所述谐振电流频率检测单元和所述谐振电流有效值采样单元相连，用于建立阻抗方程，对负载进行识别并输出。
5.如权利要求4所述的电压型无线供电系统负载识别系统，其特征在于:所述原边电路上还安装有电流互感器，所述电流互感器用于获取原边电路谐振状态的电流波形，所述电流互感器的输出端与所述谐振电流频率检测单元、所述谐振电流有效值值采样单元和谐振电流过零采样单元的输入端相连。
【文档编号】H02J17/00GK103427501SQ201310361796
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】苏玉刚, 王智慧, 孙跃, 高立克, 祝文姬, 戴欣, 唐春森, 周柯, 李珊, 叶兆虹, 吴智丁, 吴丽芳, 吴剑豪, 俞小勇, 李克文 申请人:重庆大学, 广西电网公司电力科学研究院