[发明专利]一种静态-动态磁耦合无线电能传输系统在线或离线互感辨识方法

说明书

本发明提出了一种静态‑动态磁耦合无线电能传输系统在线或离线互感辨识方法，属于无线电能传输技术领域。所述方法基于SS补偿拓扑建立磁耦合无线电能传输系统电路模型，得到互感值与相关电路参数间的关系模型，在此基础上，通过关系模型完成在线/离线的互感辨识。本发明所述方法具有运算时间短、误差较小等特点。

技术领域

本发明涉及一种静态-动态磁耦合无线电能传输系统在线或离线互感辨识方法，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

无线电能传输(Wireless Power Transfer，WPT)技术是一种新兴的电能传输技术，收到国内外科研机构和公司的密切关注。具体而言，磁耦合无线电能传输技术作为诸多无线电能传输技术研究中的热点，可进一步分为静态和动态磁耦合无线电能传输技术。其中，静态无线电能传输技术主要应于能量接收端(副边部分)相对于能量发射端(原边部分)位置固定的设备充电；动态无线电能传输技术主要应于能量接收端(副边部分)相对于能量发射端(原边部分)位置不固定的设备充电。基于对静态和动态磁耦合无线电能传输技术的理论及关键技术深入研究，极大地推动了该技术在电动车、便携式设备、医疗设备及特殊环境(易燃易爆)等广泛领域的应用进程。

由于无线电能传输系统的灵活性和便捷性，系统能量发射端(原边部分)和能量接收端(副边部分)不可避免的存在水平或垂直偏移。偏移直接影响磁耦合机构的互感值，从而进一步影响系统传输功率和传输效率，严重情况将会导致系统效率较低甚至无法正常工作。因此，磁耦合机构的互感参数辨识技术是保证磁耦合无线电能传输系统高性能运行的关键技术问题之一。

目前，已有部分国内外学者围绕互感辨识问题展开了相关研究。但是，现有技术在对磁耦合无线电能传输系统进行互感辨识时，要么需要额外的硬件电路拓扑，要么算法的复杂度高且耗时多，要么对系统参数要求苛刻，且误差较大。

发明内容

本发明为了解决现有互感辨别算法的复杂度高且耗时多，对系统参数要求苛刻，且误差较大的问题，通过对磁耦合无线电能传输系统的互感辨识方法进行分析后，提出一种静态-动态磁耦合无线电能传输系统在线/离线互感辨识方法。该方法主要基于SS补偿拓扑建立磁耦合无线电能传输系统电路模型，得到互感值与相关电路参数间的关系模型，在此基础上，通过求解关系模型对应的方程完成在线/离线的互感辨识。所采取的技术方案如下：

步骤一：所述无线电能传输系统为SS补偿的磁耦合无线电能传输系统，原边电路中的发射线圈L₁与谐振电容C₁串联构成了原边串联谐振回路；副边电路中的接收线圈L₂与谐振电容C₂串联构成了副边串联谐振回路；M为原边电路的发射线圈和副边电路的接收线圈之间互感值；系统能量通过原边电路的发射线圈传输到副边电路的接收线圈，经过副边电路的全桥整流/滤波电路后，为系统负载提供电能；根据系统电路模型得到负载电阻R_o，原边线圈内阻R₁，互感值M，原边线圈自感值L₁及系统工作角频率ω之间的函数关系；

步骤二：根据SS补偿的磁耦合无线电能传输系统的拓扑结构，分别获取等效负载电阻R_e、副边电路的阻抗Z₂和副边电路阻抗Z₂映射到原边电路的反馈阻抗Z_r的模型；

步骤三：测量原边电路的发射线圈中谐振电流有效值I_{1_rms}，结合反馈阻抗Z_r和原边线圈内阻R₁，获得系统传输到副边电路的有功功率；所述系统传输到副边电路的有功功率为：

步骤四：利用步骤三所述系统传输到副边电路的有功功率P₁和步骤二获得的等效输入电阻R_e、副边电路的阻抗Z₂和反馈阻抗Z_r的模型对互感值进行在线估计，获得在线估计的互感值模型为：