[发明专利]一种动态无线电能传输系统及其无源控制方法

权利要求书

1.一种动态无线电能传输系统，其特征在于：包括地面无线电能发射系统和车载无线电能接收系统；

所述地面无线电能发射系统由n套分段式无线电能发射装置组成，每套无线电能发射装置包括第一全桥整流模块、逆变模块、无线电能发射模块、发射端控制器和地面无线通信模块；

所述第一全桥整流模块输入端外接三相交流电，所述逆变模块输入端与第一全桥整流模块输出端相连，所述逆变模块输出端与无线电能发射模块输入端相连；

所述无线电能发射模块包括发射端LCC补偿电路和无线电能发射线圈；

所述车载无线电能接收系统包括无线电能接收模块、第二全桥整流模块、DC/DC模块、接收端无源控制器和车载无线通信模块；

所述无线电能接收模块包括接收端LCC补偿电路和无线电能接收线圈；

所述第二全桥整流模块输入端与无线电能接收模块输出端相连，所述DC/DC模块输入端与第二全桥整流模块输出端相连，DC/DC模块输出端与电动汽车蓄电池相连；

所述地面无线通信模块和发射端控制器相连，车载无线通信模块和接收端无源控制器相连；

所述无线电能发射线圈布置在电动汽车行驶的道路上，所述无线电能接收线圈安装至电动汽车的底面；

所述发射端控制器包括发射端处理器、温度采样电路和发射端PWM生成电路；所述发射端PWM生成电路给高频逆变电路提供驱动信号，产生高频交流电；所述温度采样电路采集谐振电感、第一全桥整流模块和逆变模块的温度并传给发射端处理器，当检测到工作温度高于设置阀值时，发射端处理器发出关断发射端PWM生成电路的信号，使发射端PWM生成电路停止工作；

所述接收端无源控制器包括接收端处理器、电流采样电路、电压采样电路和接收端PWM生成电路；所述接收端PWM生成电路给DC/DC模块的开关管提供驱动信号；所述电流采样电路采集的DC/DC模块的电感电流值和电压采样电路采集的输入滤波电容电压值和输出电容电压值送给接收端处理器，经过无源控制计算获得最优占空比，通过接收端PWM生成电路生成相应占空比的PWM信号，生成的PWM信号控制DC/DC模块开关管的工作状态，从而控制DC/DC模块的工作状态；

所述动态无线电能传输系统的无源控制方法具体如下：在考虑前级的滤波电容情况下，对车载无线电能接收系统的DC/DC模块进行数学建模，得到DC/DC模块的平均状态方程：

其中，i_in、i_L和分别表示输入电流、输入滤波电容上的电压、DC/DC模块的电感电流和输出电容电压，d、i_R和u_out分别表示DC/DC模块工作的占空比、DC/DC模块输出电阻上的电流和电压；

选择x＝[x₁ x₂ x₃]^T为系统的状态变量，其中x₁＝i_L,将式(1)写成它的EL数学模型的形式：

上式中，

假设期望的状态矢量为x^*＝[x₁^*x₂^*x₃^*]，x₁^*、x₂^*、x₃^*满足式(2)；设状态矢量误差e＝x-x^*，由式(2)可得DC/DC模块的误差动态方程为：

取误差能量存储函数为加速H_e(x)快速收敛到0，在式(3)两端添加阻尼耗散项R_ae，R_a为：

取接收端无源控制器为时，可得：

则，求H_e(x)对时间的倒数为：

把式(3)展开得：

假设期望输入电容电压为恒定值x₂^*＝U_c^*，根据式(4)可得：

将电流采样电路采集到的输入电流、DC/DC模块的电感电流和电压采样电路采集到的输入滤波电容电压值和输出电容电压值传给接收端无源控制器，可以得到占空比输出值d为：