一種無線電能傳輸設備發送端頻率跟蹤的動態調諧方法
【專利摘要】本發明公開了一種無線電能傳輸設備發送端頻率跟蹤的動態調諧方法。該方法利用發送端電路諧振時，發送線圈的電流有效值與發送端直流側電源電流有效值比值最小的原理來動態的跟蹤發送端電路的諧振頻率，即通過不斷微調逆變器工作頻率跟蹤發送線圈的電流有效值與發送端直流側電源電流有效值比值，使得該電流比值實時動態的處于最小值，從而實現頻率跟蹤動態調諧，使得發送端電路處于或接近完全諧振的狀態，以提高發送端電路的有功功率，進而提高無線電能傳輸設備的傳輸功率和效率。且其電路的復雜程度低，實施成本低，易于推廣。
【專利說明】
-種無線電能傳輸設備發送端頻率跟蹤的動態調諧方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種無線電能傳輸設備發送端頻率跟蹤的動態調諧方法。
【背景技術】
[0002] 無線電能傳輸技術，是一種新興的電能傳輸技術，其應用廣泛，如電動汽車、醫療 器械、照明、水下探測等等。無線電能傳輸技術極大的提高了用電設備的供電靈活性，同時 避免了傳統接觸式供電方式的火花、磨損等問題，提高了設備的供電安全性，因而具備極大 的發展潛力。
[0003] 感應式無線電能傳輸技術較其它無線電能傳輸技術，能夠更好的進行短距離的大 功率傳輸，有著更好的發展和應用前景。感應式無線電能傳輸裝置由發送端和接收端兩部 分組成。
[0004] 第一部分是感應式無線電能傳輸裝置的發送端，其組成及功能主要是:發送端直 流電源提供直流電壓，隨后由逆變器將直流電逆變成高頻交流電，高頻交流電在發送線圈 中流動產生高頻交變磁場;第二部分是感應式無線電能傳輸裝置的接收端，其組成及功能 主要是:接收端的接收線圈感應到發送線圈產生的高頻交變磁場，在接收線圈中感應出高 頻的交流電，高頻交流電經過整流器整流成直流電提供給負載，完成電能的無線傳輸。
[0005] 感應式無線電能傳輸的關鍵問題在于，接收線圈和發送線圈之間的能量傳輸，當 感應式無線電能傳輸裝置的發送端和接收端電路都處于諧振狀態且諧振頻率相同時，裝置 的傳輸功率和傳輸效率達到最大。由于發送線圈與接收線圈存在一定的氣隙，二者為松禪 合結構，使得發送線圈與接收線圈的漏感很大，同時，溫度、濕度等因素均會使線路的阻抗 發生變化;從而導致了發送線圈無功功率的增加，降低了電能的傳輸功率和效率。
[0006] 為了提高無線電能傳輸裝置的傳輸功率和效率，目前現有發送端調諧裝置有通過 電容陣列的方法，對發送端線圈漏感進行補償使其工作在諧振頻率上。但由于電容陣列只 能工作在有限個離散的電容值點上，調節范圍有限，不能實現連續的無級精確調諧。同時， 也有采用頻率跟蹤算法來實現諧振頻率的跟蹤，但現有的頻率跟蹤算法大多采用硬件電路 對逆變電壓和電流相位差進行測量，再進行逆變器的頻率跟蹤控制，但由于噪聲等因素的 影響，會導致逆變電壓、電流的相位差測量出現誤差，不易使裝置處于諧振狀態，并且增加 了電路的復雜程度，成本較高。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的是提供一種基于最小電流比值的無線電能傳輸設備發送端頻率跟 蹤的動態調諧方法，該方法能對無線電能傳輸設備發送端的工作頻率實現連續的無級精確 調諧，使得發送端電路更精確地接近完全諧振狀態，發送端的有功功率高，無線電能傳輸設 備的傳輸功率和效率高;且其電路的復雜程度低，實施成本低，易于推廣。
[0008] 本發明實現其發明目的所采用的技術方案是，一種無線電能傳輸設備發送端頻率 跟蹤的動態調諧方法，包括W下步驟：
[0009] A、初始時，控制器將逆變器的額定頻率設為當前頻率fo,并由控制器控制逆變器 的工作頻率為當前頻率fo;
[0010] B、控制器接收到發送端直流側在當前頻率下的電源電流有效值Ido,同時接收到在 當前頻率下的發送線圈電流有效值Iao,進而計算出當前頻率下的線圈電流與電源電流比值 no
[00川 C、控制器將當前頻率時加上設定的頻率調節量□/，得至賊大頻率fi，
， 控制器控制逆變器的工作頻率為較大頻率fi;控制器接收到發送端直流側在較大頻率下的 電源電流有效值iDl，同時接收到在較大頻率下的發送線圈電流有效值lAl，進而計算出較大 頻率下的線圈電流與電源電流比值111，
[0012] D、如果當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較大頻率下的線圈電流與 電源電流比值m，即％>心則令當前工作頻率f〇=fi，轉E步；否則，將當前工作頻率時減去 設定頻率調節量.□./，得到較小頻率f2
巧令f〇 = f2,轉H步；
[0013] E、控制器控制逆變器的工作頻率為當前頻率fo;同時，控制器接收到發送端直流 側在當前頻率下的電源電流有效值Ido,同時接收到在當前頻率下的發送線圈電流有效值 Iao,進而計算出當前頻率下的線圈電流與電源電流比值no
[0014] F、控制器將當前頻率fo加上頻率調節量□/ :，得到較大頻率fi，乂 = ./〇 W/，輕制器 控制逆變器的工作頻率為較大頻率fi;控制器接收到發送端直流側在較大頻率下的電源電 流有效值Idi,同時接收到在較十硫莖下的發送線圈電流有效值lAi，進而計算出較大頻率下 的線圈電流與電源電流比值m
[0015] G、如果當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較大頻率下的線圈電流與 電源電流比值化，即恥 >化，則令當前工作頻率fo = fi，轉E步;否則，轉K步；
[0016] H、控制器控制逆變器的工作頻率為當前頻率fo;同時，控制器接收到發送端直流 側在當前頻率下的電源電流有效值Ido,同時接收到在當前頻率下的發送線圈電流有效值 Iao,進而計算出當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％
[0017] I、控制器將當前頻率時減去設定頻率調節量□/，得至賊小頻率f2
，控 制器控制逆變器的工作頻率為較小頻率f2;控制器接收到發送端直流側在較小頻率下的電 源電流有效值Id2,同時接收到在較小頻率下的發送線圈電流有效值IA2,進而計算出較小頻 率下的線圈電流與電源電流比值屯
[0018] J、如果當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較小頻率下的線圈電流與 電源電流比值也，即n日 >也;則令當前工作頻率fo = f2，轉H步;否則，轉K步；
[0019] K、控制器記錄當前頻率fo,并將當前頻率fo設定為無線電能傳輸設備發送端的工 作頻率，本次逆變器的頻率跟蹤動態調諧過程結束。
[0020] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：
[0021] -、本發明不需要額外增加發送端電壓、電流的相位檢測電路，只需檢測發送端直 流側電源的電流有效值和發送線圈的電流有效值，根據電流比值是否最小就能判斷發送端 電路是否工作在諧振狀態;具有裝置簡單、價格低廉、穩定性強、易于推廣等優點。
[0022] 二、工作頻率變化時，發送線圈電流有效值與直流側電源電流有效值比值會發生 相應變化，當該比值處于最小時，其對應的頻率即為諧振頻率。本發明通過頻率擾動跟蹤逼 近方法，找出發送線圈電流有效值與直流側電源電流有效值的最小比值，從而找到系統的 諧振頻率，進而實現對發送端工作頻率的連續、無級、精確調諧，使得發送端電路更精確地 接近完全諧振狀態，發送端的有功功率高，無線電能傳輸設備的傳輸功率和效率高。
[0023] 下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明。
【具體實施方式】
[0024] 本發明的一種【具體實施方式】是，一種無線電能傳輸設備發送端頻率跟蹤的動態調 諧方法，包括W下步驟：
[0025] A、初始時，控制器將逆變器的額定頻率設為當前頻率fo,并由控制器控制逆變器 的工作頻率為當前頻率fo;
[0026] B、控制器接收到發送端直流側在當前頻率下的電源電流有效值Ido,同時接收到在 當前頻率下的發送線圈電流有效值Iao,進而計算出當前頻率下的線圈電流與電源電流比值 巧0:
[0027] C、控制器將當前頻率fo加上設定的頻率調節量□/，得到較大頻率fi，，
， 控制器控制逆變器的工作頻率為較大頻率fi;控制器接收到發送端直流側在較大頻率下的 電源電流有效值iDl，同時接收到在較大頻率下的發送線圈電流有效值lAl，進而計算出較大 頻率下的線圈電流與電源電流比值111，
[0028] D、如果當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較大頻率下的線圈電流與 電源電流比值m，即％>心則令當前工作頻率f〇=fi，轉E步；否則，將當前工作頻率fo減去 設定頻率調節量□/，得到較小頻率f 2，
再令f〇 = f2,轉H步；
[0029] E、控制器控制逆變器的工作頻率為當前頻率fo;同時，控制器接收到發送端直流 側在當前頻率下的電源電流有效值Ido,同時接收到在當前頻率下的發送線圈電流有效值 Iao,進而計算出當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％，
[0030] F、控制器將當前頻率fo加上頻率調節量□/，得到較大頻率fi，乂 =/〇 W/，控制器 控制逆變器的工作頻率為較大頻率fi;控制器接收到發送端直流側在較大頻率下的電源電 流有效值Idi,同時接收到在較大頻率下的發送線圈電流有效值lAi，進而計算出較大頻率下 的線圈電流與電源電流比值化，
[0031] G、如果當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較大頻率下的線圈電流與 電源電流比值化，即恥 >化，則令當前工作頻率fo = fi，轉E步;否則，轉K步；
[0032] H、控制器控制逆變器的工作頻率為當前頻率fo;同時，控制器接收到發送端直流 側在當前頻率下的電源電流有效值Ido,同時接收到在當前々發送線圈電流有效值 Iao,進而計算出當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％:
[0033] I、控制器將當前頻率時減去設定頻率調節量□/，得到較小頻率f2
控 制器控制逆變器的工作頻率為較小頻率f2;控制器接收到發送端直流側在較小頻率下的電 源電流有效值Id2,同時接收到在較小頻率下的發送線圈電流有效值IA2,進而計算出較小頻 率下的線圈電流與電源電流比值屯
[0034] J、如果當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％大于較小頻率下的線圈電流與 電源電流比值也，即n日 >也;則令當前工作頻率fo=f2，轉H步;否則，轉K步；
[0035] K、控制器記錄當前頻率fo,并將當前頻率時設定為無線電能傳輸設備發送端的工 作頻率，本次逆變器的頻率跟蹤動態調諧過程結束。
【主權項】
1. 一種無線電能傳輸設備發送端頻率跟蹤的動態調諧方法，包括W下步驟： A、 初始時，控制器將逆變器的額定頻率設為當前頻率時，并由控制器控制逆變器的工作 頻率為當前頻率fo; B、 控制器接收到發送端直流側在當前頻率下的電源電流有效值Ido,同時接收到在當前 頻率下的發送線圈電流有效值ΙΑΟ,進而計算出當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％， 爾奪； C、 控制器將當前頻率fo加上設定的頻率調節量□/，得到較大頻率fi，乂 =/〇 W/，控制 器控制逆變器的工作頻率為較大頻率fl;控制器接收到發送端直流側在較大頻率下的電源 電流有效值IDI，同時接收到在較大頻率下的發送線圈電流有效值lAl，進而計算出較大頻率 下的線圈電流與電源電流比值 D、 如果當前頻率下的線圈電流與電源電流比值no大于較大頻率下的線圈電流與電源電 流比值屯，即％>屯；則令當前工作頻率fo = fi，轉E步；否則，將當前工作頻率fo減去設定頻 率調節量□/ .，得到較小頻率f2，矣=Λ 再令f〇 = f2，轉Η步； Ε、控制器控制逆變器的工作頻率為當前頻率時;同時，控制器接收到發送端直流側在當 前頻率下的電源電流有效值Ido,同時接收到在當前頻率下的發送線圈電流有效值ΙΑΟ,進而 計算出當前頻率下的線圈電流與電源電流比值％，而 玉m F、 控制器將當前頻率fo加上頻率調節量□/，得到較大頻率fi，乂 =/〇 W/，控制器控制 逆變器的工作頻率為較大頻率fi;控制器接收到發送端直流側在較大頻率下的電源電流有 效值IDI，同時接收到在較大頻率下的發送線圈電流有效值lAl，進而計算出較大頻率下的線 圈電流與電源電流比值化，巧=; J'm' G、 如果當前頻率下的線圈電流與電源電流比值no大于較大頻率下的線圈電流與電源電 流比值化，即恥>化，則令當前工作頻率f日二f 1，轉E步;否則，轉K步； H、 控制器控制逆變器的工作頻率為當前頻率時;同時，控制器接收到發送端直流側在當 前頻率下的電源電流有效值Ido,同時接收到在當前頻率下的發送線圈電流有效值ΙΑΟ,進而 計算出當前頻率下的線圈電流與電源電流比值no,^ ; 乂規 I、 控制器將當前頻率fo減去設定頻率調節量□/，得到較小頻率f2，Λ =/〇-0/，控制器 控制逆變器的工作頻率為較小頻率f2;控制器接收到發送端直流側在較小頻率下的電源電 流有效值Id2,同時接收到在較小頻率下的發送線圈電流有效值IA2,進而計算出較小頻率下 的線圈電流與電源電流比值也，化 支巧疋 J、 如果當前頻率下的線圈電流與電源電流比值no大于較小頻率下的線圈電流與電源電 流比值屯，即η〇>η2;則令當前工作頻率f〇=f2，轉Η步;否則，轉K步； Κ、控制器記錄當前頻率fo,并將當前頻率fo設定為無線電能傳輸設備發送端的工作頻 率，本次逆變器的頻率跟蹤動態調諧過程結束。
【文檔編號】H02J50/12GK105978169SQ201610206080
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月5日
【發明人】麥瑞坤, 徐丹露, 楊鳴凱, 李研玲, 何正友
【申請人】西南交通大學