Sp型icpt系統負載與互感識別方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及無線電能傳輸系統領域，具體的說是一種SP型ICPT系統負載與互感 識別方法。
【背景技術】
[0002] 目前，感應禪合電能傳輸（InductivelyCoupledPowerTransfer,ICPT)技術已 成為無線電能傳輸的主流技術之一，已廣泛應用于電動車充電、電子產品充電、生物醫電W 及照明系統等諸多領域。
[000引在ICPT系統中，由于禪合線圈之間互感值W及負載值的變化，副邊電路的反射阻 抗會在原邊電路有著相應的變化，使得原邊電路的諧振頻率發生漂移，不再與固有工作頻 率匹配，從而影響系統的效率和功率傳輸能力，例如電動汽車，其存在不同的阻抗特性，并 且由于其不同的底盤高度、位置而存在不同的互感，電動汽車的切換將影響其充電系統的 穩定性及高效性，所W系統需根據當前情況調整能量發射端的控制模式，然而，系統的高階 非線性使得負載與互感的識別問題成為一個技術瓶頸，系統控制難度大，計算過程復雜，可 靠性較差。
【發明內容】
[0004] 針對上述問題，本發明提供了一種SP型ICPT系統負載與互感識別方法，根據構建SP型ICPT系統的等效電路，確定等效電路的相關參數，并結合計算公式即可W計算出系統 負載和線圈互感，方法簡單，計算過程簡便，可靠性高。 陽0化]為達到上述目的，本發明采用的具體技術方案如下：
[0006] 一種SP型ICPT系統負載與互感識別方法，按照W下步驟進行： 陽007] 步驟1 :構建SP型ICPT系統的等效電路，其中原邊電路包括原邊電容Cp和原邊線 圈Lp構成的串聯諧振回路，副邊電路包括副邊電容Cg和副邊線圈Lg構成的并聯諧振電路， 原邊電路的電源為電壓源Ed。經過高頻逆變電路后輸出的方波電壓Up,原邊線圈Lp的串聯 等效電阻為Rp,副邊線圈Ls的串聯等效電阻為RS，副邊電路中的等效負載為R;
[0008] 步驟2 :確定元器件參數并獲取原邊線圈Lp的諧振電流IP的有效值和諧振頻率 ?，所述元器件參數包括方波電壓Up的有效值、原邊線圈Lp的電感值及其串聯等效電阻Rp 的阻值、原邊電容Cp的電容值、副邊線圈Lg的電感值及其串聯等效電阻Rg的阻值、副邊電 容。的電容值；
[0009] 步驟3 :根據W下公式構建方程組求解等效負載R和互感M;
[0010] 〇2m2=|zJ|z」；
[0011]
陽01引其中：憶I為副邊電路在原邊電路上的反射阻抗Zr的模，|Z」為副邊并聯諧振電 路阻抗女的模，且：
[0013]
[0014]
[0015] a= 1-?2LsCs，b= ?Ls，C= ?。；
[0016] 步驟4 :根據SP型ICPT系統等效電路中等效負載R與負載町的關系計算負載R,。
[0017] 進一步描述，在原邊電路設置有直流輸入模塊和高頻逆變電路，直流輸入模塊輸 出的電壓源為Ed。，高頻逆變電路采用四個開關管構成，當高頻逆變電路中的開關管處于軟 開關工作條件下，經過高頻逆變電路后輸出的方波電壓(//，= .
[0018] 再進一步描述，所述直流輸入模塊包括整流濾波電路和DC/DC變換電路，所述整 流濾波電路的輸入端連接工頻交流電源，經過整流和DC/DC變換后得到所述電壓源Ed。。
[0019] 再進一步描述，在副邊電路中設置有整流電路，該整流電路由四個二極管構成，在 整流電路輸出端與負載町之間還并聯有濾波電感L則等效負載R與負載RL之間的關系為 R= (31^8)町> 1. 23Rl。
[0020] 再進一步描述，在高頻逆變電路與原邊串聯諧振回路之間連接有電流檢測單元， 該電流檢測單元經過諧振電流有效值檢測模塊后輸出原邊線圈Lp的諧振電流IP，該電流檢 測單元經過諧振電流頻率檢測模塊后輸出諧振電流Ip的諧振頻率《。
[0021] 再進一步描述，在所述電流檢測單元的輸出端還連接有諧振電流過零檢測模塊， 該諧振電流過零檢測模塊輸出的過零信號送入頻率調節模塊中，用于實現高頻逆變器的頻 率調節。
[0022] 本發明的有益效果：系統電路模型簡單，無需添加額外的附加電路，實現過程簡 便，只需要檢測穩定工作時的原邊線圈電流頻率及其有效值，就可計算出負載和線圈互感， 得到的數據誤差小，精度高，可靠性高。
【附圖說明】
[0023] 圖1是SP型ICPT系統主電路拓撲圖；
[0024] 圖2是圖1的等效電路圖；
[00巧]圖3是本發明的原邊電路等效電路圖； 陽0%] 圖4是本發明的電路原理框圖；
[0027] 圖5是負載與互感識別控制電路的結構圖；
[0028] 圖6是負載變化情況下的識別效果圖；
[0029] 圖7是互感變化情況下的識別效果圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】W及工作原理作進一步詳細說明。
[0031] 一種SP型ICPT系統負載與互感識別方法，按照W下步驟進行：
[0032] 步驟I:結合圖I所示的SP型ICPT系統，構建SP型ICPT系統的等效電路，如圖2 所示，其中原邊電路包括原邊電容Cp和原邊線圈LP構成的串聯諧振回路，副邊電路包括副 邊電容。和副邊線圈Lg構成的并聯諧振電路，原邊電路的電源為電壓源Ed。經過高頻逆變 電路后輸出的方波電壓Up,原邊線圈Lp的串聯等效電阻為Rp,副邊線圈Lg的串聯等效電阻 為氏，副邊電路中的等效負載為R;
[0033] 從圖1可W看出，在原邊電路還設置有直流輸入模塊和高頻逆變電路，直流輸入 模塊輸出的電壓源為Ed。，高頻逆變電路采用四個開關管構成，在副邊電路中還設置有整流 電路，該整流電路由四個二極管構成，在整流電路輸出端與負載町之間還串聯有濾波電感 L。
[0034] 步驟2 :確定元器件參數并獲取原邊線圈Lp的諧振電流IP的有效值和諧振頻率 ?，元器件參數包括方波電壓Up的有效值、原邊線圈Lp的電感值及其串聯等效電阻Rp的阻 值、原邊電容Cp的電容值、副邊線圈Lg的電感值及其串聯等效電阻Rg的阻值、副邊電容CS 的電容值； W35] 步驟3 :根據公式
和公式 ?2M2=IZJIZ」構建方程組求解等效負載R和互感M;
[0036] 其中：憶I為副邊電路在原邊電路上的反射阻抗Zr的模，Iz」為副邊并聯諧振電 路阻抗女的模，且：
[0037]
[0038]
[0039] a= 1-?2LsCs，b= ?Ls，C= ?。； W40] 步驟4 :根據SP型ICPT系統等效電路中等效負載R與負載町的關系計算負載
[0041] 直流輸入模塊包括整流濾波電路和DC/DC變換電路，整流濾波電路的輸入端連接 工頻交流電源，經過整流和DC/DC變換后得到電壓源Ed。。
[0042] 下面我們對本發明的工作原理進行說明：
[0043] 在ICPT系統中，由于原邊線圈和副邊線圈之間的禪合，原邊電路上存在反射阻抗 ZfO
[0044] 如圖3所示的原邊電路等效圖，副邊電路在原邊電路產生了一定的反射阻抗Zf,包 括有功部分Rf和無功部分《Lf,由于副邊電路為并聯補償，因此求得反射阻抗Zf的虛部表 達式為：
[0045]
(1)
[004糾 其中a二 1-c02LsCs，b二coLs，C二coCs;
[0047] 因此反射阻抗Zr的表達式為：
[0048] Zr=Re狂r)+Im狂r) =Rf+j?k似
[0049] 此外當高頻逆變電路中的開關管處于軟開關工作條件下，經過高頻逆變電路后輸 出的方波電壓：
[0050] [/,,,二 4旬'.,/>/^足 （、3)
[0051] 當系統運行時，考慮到系統原邊電路工作在諧振條件下，無功能量在電場能量W 及磁場能量中不斷轉換，并不產生能量耗散。并且，當原邊