[发明专利]一种电动汽车动态无线充电系统的建模方法

摘要

本发明公开了一种电动汽车动态无线充电系统的建模方法。为了更好地对电动汽车动态无线充电系统进行优化，必须对系统建立足够精确的数学模型。本发明方法结合等效电路模型和状态空间模型的建模方法，即先建立不同情况下系统的模型，然后通过状态空间平均法建立系统的一个整体模型，再基于设置好的系统参数，通过将仿真实验结果与模型计算结果对比来验证数学模型的准确性，结果表明所建的模型是足够精确的。

主权项

1.一种电动汽车动态无线充电系统的建模方法，其特征在于，所述电动汽车动态无线充电系统包括地面无线电能发送装置和车载无线电能接收装置；所述地面无线电能发送装置包括高频逆变电源、发送端LCC阻抗匹配网络和发送线圈；所述车载无线电能接收装置包括接收线圈、接收端LCC阻抗匹配网络、全桥整流器、整流电容和DC/DC变换器；所述发送端LCC阻抗匹配网络和接收端LCC阻抗匹配网络均由电容、谐振电容、谐振电感构成；该方法包括以下步骤：S1：按照无线充电系统的电路拓扑图建立系统等效电路模型；定义模型输入Us1为电能发送装置1的高频电源输出电压；Us2为电能发送装置2的高频电源输出电压；模型输出为负载电压；Ls1，C1s，C1p为电能发送装置1的阻抗匹配网络；Ls2，C2s，C2p为电能发送装置2的阻抗匹配网络；Ls3，C3s，C3p为电能接收装置的阻抗匹配网络；L1，L2，L3分别为两个发送线圈和接收线圈的自电感；M13，M23分别为接收线圈与两个发送装置的发送线圈之间的互感；C1为整流器输出端的滤波电容；L和C2分别为DC/DC变换器的电感和电容；RL为负载；S2：基于建立的等效电路模型，求得系统的状态空间模型：定义电感Ls1中的电流iLS1为x1；电容C1p两端的电压Uc1p为x2；电容C1s两端的电压Uc1s为x3；发射线圈自电感L1中的电流为iL1为x4；电感Ls2中的电流iLS1为x5；电容C2p两端的电压Uc2p为x6；电容C2s两端的电压Uc2s为x7；发射线圈自电感L2中的电流为iL2为x8；发射线圈自电感L3中的电流为iL3为x9；电容C3s两端的电压Uc3s为x10；电容C3p两端的电压Uc3p为x11；电感Ls3中的电流iLs3为x12；电容C1两端的电压Uc1为x13；电感L中的电流iL为x14；电容C2两端的电压Uc2为x15；S3：晶闸管导通，整流器输入电压为正时，基于定义的状态变量，建立如下状态空间方程组：其中，u为高频逆变电源的输出电压，D＝L1L2L3‑L2M132‑L1M232；进一步转换成矩阵形式，将微分方程形式的系统模型定义为状态空间Son1(t)＝[Aon1(t)，Bon1(t)，Con1(t)，Don1(t)]，其中Aon1(t)、Bon1(t)、Con1(t)、Don1(t)分别为晶闸管导通时整流器输入电压为正时的状态矩阵、输入矩阵、输出矩阵和前馈矩阵；Con1(t)＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]Don1(t)＝0S4：建立晶闸管导通并且整流器输入电压为负时的状态空间矩阵，并定义为Son2(t)＝[Aon2(t)，Bon2(t)，Con2(t)，Don2(t)]；Con2(t)＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]Don2(t)＝0S5：晶闸管断开时，建立如下述公式所示的状态空间方程，并定义为Soff(t)＝[Aoff(t)，Boff(t)，Coff(t)，Doff(t)]；Boff＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]TCoff＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]Doff＝0S6：构建电动汽车动态无线充电系统整体的状态空间模型为S(t)＝[As(t)，Bs(t)，Cs(t)，Ds(t)]，利用状态空间平均法将晶闸管导通时的系统模型和关断时的的系统模型进行平均处理，导通时的系统模型由整流器输入电压为正时的模型和为负时的模型平均所得，计算过程如下式所示：Bs(t)＝[d/Ls1 0 0 0 d/Ls2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]TCs(t)＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1]Ds(t)＝0d为DC/DC变换器的占空比，Son(t)＝Son1(t)/2+Son2(t)/2。