[发明专利]用于双向感应电能传输系统的负载控制

说明书

一种在感应电能传输(IPT)系统的初级侧功率转换器(1)中使用的控制方法。对从初级侧到一个或更多个次级拾波侧器的功率传输进行监测，并且与被监测的功率传输和初级侧功率转换器的功率容量之间的差值成比例地改变该初级侧功率转换器(1)的工作频率。能够通过该拾波器或每个拾波器(2)对频率变化进行感测以调节该功率传输并防止出现过载。

本申请是以下申请的分案申请：申请日：2012年6月27日；申请号：201280030503.2；发明名称“用于双向感应电能传输系统的负载控制”。

技术领域

本发明涉及一种用于平衡感应电能传输(inductive power transfer，IPT)系统中的负载的方法和装置。本发明特别适合于双向多拾波器(pick-up)IPT系统，但还可以用于单向和/或单拾波器系统。

背景技术

在多种应用中熟知并使用感应电能传输(IPT)系统。IPT技术提供高效率(典型地，85％至90％)并且能够在恶劣的环境中工作而不受污物和水分的影响。

典型的IPT系统由三个主要的组件组成：AC电源；电耦合到该电源的初级导电通路、线圈、或衬垫；以及至少一个电隔离拾波器，在使用中，该拾波器感应地与初级绕组耦合以向负载供电。经常认为电源和初级绕组包括该IPT系统的初级侧，并且这个或这些拾波器以及相关的一个或更多个负载包括该系统的次级侧。

传统上，电源将电耦合到供电网络(一般称为“电网”)并且用于对该初级绕组进行供电，以从电网向这个或这些负载进行非接触单向功率传输。来自交流电或电网电源的转换器对该初级绕组进行供电以在初级绕组中产生高频AC电流，接着在初级绕组周围引起生成连续变化的磁场。通过气隙与初级绕组分离的所述或每个拾波器包括线圈，根据法拉第感应定律，通过不断变化的磁通量流过该线圈在该线圈内产生电压，从而实现非接触功率传输。

通常情况下，初级侧上用作逆变器的转换器和拾波侧上的简单开关模式调节器足以控制单向IPT系统中的功率流，因为仅控制初级侧电源功率。

双向IPT系统对如电动车辆(EV)和车辆到电网(V2G)系统的应用而言是理想的，例如，为了平衡电网上的负载的目的，在这些应用中，“非接触”双向功率传输是令人希望的。

然而，与单向系统相比，必须使用更加先进的控制策略来调节双向IPT系统的功率流。

与单向IPT系统相反，双向IPT系统的初级侧和拾波侧必须被配置成用于用作源或汇点。因此，根据功率流的方向，系统的两侧上都需要完全相同或相似的转换器拓扑结构以促进AC-DC或DC-AC功率转换。

对于任意给定功率水平，为了最小化转换器的VA额定值，通常为初级侧和拾波侧的线圈电感提供并联或串联补偿。因此，双向IPT系统为更高阶的谐振网络，并且需要更加先进和鲁棒的控制。

通常使用专用的控制器，通过转换器产生的电压的相对相位或者幅值控制来对功率流的量和方向进行控制。然而，鲁棒性机制是必不可少的，以保证在不超过其功率额定值的情况下通过供电侧满足来自一侧的功率需求。

并联补偿的IPT系统中使用的转换器自然地起到电流源的作用。在这种系统中，将纯源化侧的操作限制到其最大或额定功率水平一直是个挑战，尤其是当拾波侧需求超过纯源化转换器的功率处理容量时。最明显的例子出现在当两侧之间的磁性耦合增加或者采集到将由单个初级转换器供应变化的功率需求，如在充电隔间(charging bay)处给电动车辆(EV)充电的情况下。此外，对于任何给定的输入功率，多个拾波器之间的功率传送的共享和优先排列也能视为是一个挑战。

检测过多功率需求量时，能够通过较少初级线圈或降低轨道电流来限制初级侧供给的功率。但本策略将不适合多拾波器IPT系统，因为其将功率传送分让于其他拾波器。此外，使用较低轨道电流的单拾波器IPT系统在相对高品质因数下操作，产生更多的循环能量并且使得系统更容易受到组件公差的影响。