【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種變頻控制的電池無線充電系統特性參數的預估方法，適用于自動導引車、電動汽車等電池無線充電系統，屬于電能變換領域。
技術介紹
1、相比傳統的接觸式電能傳輸方式，無線電能傳輸系統因其發射端和接收端沒有物理接觸而更安全便捷，特別是在惡劣環境和天氣情況下，其優勢更加明顯。感應式電能傳輸技術是一種基于電磁感應原理的電能傳輸技術，是無線電能傳輸實現的主要方式之一。為了提高感應式無線充電系統的功率傳輸能力和效率，可通過補償網絡對系統中的無功進行補償。
2、通常情況下，在樣機制作前，設計者需要進行系統特性參數預估以確保樣機能夠滿足系統設計指標要求。電池無線充電系統特性參數預估方法主要有電路仿真法和系統建模分析法。借助saber和ltspice等成熟的電路仿真軟件，電路仿真法可以得到較為精確的仿真結果，但是仿真過程耗時，且不能揭示系統元件參數與系統特性的關系。相比電路仿真法，系統建模分析法可借助mathcad等數學計算軟件實現系統特性參數快速預估，并得到系統元件參數與系統特性的直接關系。
3、系統建模分析法主要有時域分析法和頻域分析法。其中，時域分析法的精度較高，例如“alireza?safaee,and?konrad?woronowicz.time-domain?analysis?of?voltage-driven?series-series?compensated?inductive?power?transfer?topology.ieeetransactions?on?power?electronic
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了克服上述現有的系統特性參數預估方法(電路仿真法、時域法、基波近似法及改進的基波近似法)的不足，提供一種精度高、過程簡單易實施、無頻率范圍限制的電池無線充電系統特性參數預估方法。
2、本專利技術的具體技術方案如下：
3、變頻控制的電池無線充電系統特性參數的預估方法，其特征在于：適用的電池無線充電系統包括輸入源、高頻逆變器、非接觸變壓器、補償網絡、整流器、直流濾波器及電池負載。所述輸入源為直流電壓源uin；所述高頻逆變器為由四個金屬氧化物場效應管(mosfet)構成的全橋逆變器，每一個mosfet的導通電阻為rds；所述非接觸變壓器由一個原邊繞組和一個副邊繞組構成，原邊繞組和副邊繞組之間沒有物理接觸，原邊繞組的電感和內阻分別為lp和rlp，副邊繞組的電感和內阻分別為ls和rls，原邊繞組和副邊繞組之間的耦合系數為k；所述補償網絡為串/串(s/s)補償，即變壓器的原邊串聯一個電容cp，變壓器的副邊串聯一個電容cs，且滿足式中，ω0＝2πf0為諧振角頻率，f0為諧振頻率；所述整流器為由四個功率二極管構成的全橋整流器，每一個二極管的導通壓降為ud；所述直流濾波器由電容co和電感lo構成；所述電池負載的電壓為ub。
4、所述特性參數預估方法的基本步驟為：
5、步驟1：s/s補償系統參數基本關系推演。
6、以基波近似法為基礎，考慮系統副邊諧波的影響，推演系統特性參數與系統工作角頻率ω關系的解析式。
7、整流橋輸入阻抗角的正切值為：
8、
9、式中，pb為系統輸出給電池負載的功率，即電池吸收的功率。
10、整流橋基波輸入阻抗zab,1為：
11、
12、原邊基波阻抗zp,1和副邊基波阻抗zs,1分別為：
13、
14、式中，zab,1如式(2)所示。
15、原邊電流ip,1和副邊電流is,1分別為：
16、
17、式中，zp,1和zs,1分別如式(3)和式(4)所示。
18、步驟2：s/s補償系統輸出功率pb預估。
19、系統輸出給電池負載的功率為：
20、
21、式中，和is,1分別如式(1)和式(6)所示。
22、由式(1)可見，為ω和pb的函數；由式(1)～(6)可見，is,1也是ω和pb的函數；則式(6)是以ω和pb為變量的隱函數，利用式(7)可預估不同角頻率ω下的系統輸出給電池負載的功率pb。
23、步驟3：s/s補償系統基波阻抗及阻抗角預估。
24、a.電池負載的電阻rb預估。基于步驟2所得pb預估值，電池負載的電阻預估值為：rb＝ub2/pb。
25、b.整流橋基波輸入阻抗zab,1預估。將步驟2所得pb預估值代入式(1)可得預估值；將所得預估值和步驟2所得pb預估值代入式(2)可得zab,1預估值。
26、c.原邊基波輸入阻抗zab,1預估。由式(3)可得zp,1，將步驟3b預估所得zab,1代入式(4)可得zs,1，則zab,1預估值為：
27、
28、原邊基波輸入阻抗角預估值為：步驟4：s/s補償系統基波電流及相角、基波電壓及相角預估。
29、a.原邊電流ip,1和副邊電流is,1預估。將步驟3c所得zp,1和zs,1預估值代入式(5)和式(6)可得ip,1和is,1預估值。ip,1和is,1的相位預估值分別為：和
30、
31、b.由步驟3b所得預估值和步驟4a所得預估值，可得uab,1相位預估值為uab,1預估值為：
32、
33、本專利技術相比于現有技術具有如下有益效果：
34、1.本專利技術的變頻控制的電池無線充電系統特性參數的預估方法，其過程簡單，且提供了系統特性參數與系統工作角頻率ω關系的解析式，計算量小、易實施，不需要進行四次方程的求解。即通過一個以角頻率ω和輸出功率pb為變量的隱函數方程即可對不同角本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.變頻控制的電池無線充電系統特性參數的預估方法，其特征在于：適用的電池無線充電系統，包括輸入源、高頻逆變器、非接觸變壓器、補償網絡、整流器、直流濾波器及電池負載；所述輸入源為直流電壓源Uin；所述高頻逆變器為由四個金屬氧化物場效應管(MOSFET)構成的全橋逆變器，每一個MOSFET的導通電阻為rDS；所述非接觸變壓器由一個原邊繞組和一個副邊繞組構成，原邊繞組和副邊繞組之間沒有物理接觸，原邊繞組的電感和內阻分別為Lp和rLp，副邊繞組的電感和內阻分別為Ls和rLs，原邊繞組和副邊繞組之間的耦合系數為k；所述補償網絡為串/串(S/S)補償，即變壓器的原邊串聯一個電容Cp，變壓器的副邊串聯一個電容Cs，且滿足式中，ω0為諧振角頻率；所述整流器為由四個功率二極管構成的全橋整流器，每一個二極管的導通壓降為UD；所述直流濾波器由電容Co和電感Lo構成；所述電池負載的電壓為UB；所述變頻控制為通過調節系統工作角頻率ω來調節系統輸出功率PB；
2.如權利要求1所述系統特性參數預估方法，其特征在于：過程簡單，且提供了系統特性參數與工作頻率關系的解析式，計算量小、易實施，即利用解析式
3.如權利要求1所述系統特性參數預估方法，其特征在于：無頻率范圍限制，不需要進行頻率范圍求解。
4.如權利要求1所述系統特性參數預估方法，其特征在于：預估結果與電路仿真法的結果高度吻合，精度高。
5.如權利要求1所述系統特性參數預估方法，其進一步設計為：當構成逆變器的MOSFET的導通電阻rDS較小時，逆變器的導通電阻2rDS可忽略。
6.如權利要求1所述系統特性參數預估方法，其進一步設計為：當原邊繞組內阻rLp和副邊繞組內阻rLs較小時，rLp和rLs可忽略。
7.如權利要求1所述系統特性參數預估方法，其進一步設計為：當構成整流器的二極管的導通壓降UD較小時，整流器的導通壓降電阻2UD可忽略。
...【技術特征摘要】
1.變頻控制的電池無線充電系統特性參數的預估方法，其特征在于：適用的電池無線充電系統，包括輸入源、高頻逆變器、非接觸變壓器、補償網絡、整流器、直流濾波器及電池負載；所述輸入源為直流電壓源uin；所述高頻逆變器為由四個金屬氧化物場效應管(mosfet)構成的全橋逆變器，每一個mosfet的導通電阻為rds；所述非接觸變壓器由一個原邊繞組和一個副邊繞組構成，原邊繞組和副邊繞組之間沒有物理接觸，原邊繞組的電感和內阻分別為lp和rlp，副邊繞組的電感和內阻分別為ls和rls，原邊繞組和副邊繞組之間的耦合系數為k；所述補償網絡為串/串(s/s)補償，即變壓器的原邊串聯一個電容cp，變壓器的副邊串聯一個電容cs，且滿足式中，ω0為諧振角頻率；所述整流器為由四個功率二極管構成的全橋整流器，每一個二極管的導通壓降為ud；所述直流濾波器由電容co和電感lo構成；所述電池負載的電壓為ub；所述變頻控制為通過調節系統工作角頻率ω來調節系統輸出功率pb；...
【專利技術屬性】
技術研發人員：何廣明，程王子怡，戴花，陳勇，潘建，呂康飛，劉戀，熊樹，
申請(專利權)人：淮陰師范學院，
類型：發明
國別省市：
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