一种基于无线充电系统的恒流恒压控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于无线充电系统的恒流恒压控制方法及系统，所述方法包括：获取无线充电系统的负载信息和电路信息；根据负载信息，判断负载的充电模式；若充电模式为恒流充电模式，则根据电路信息与恒流充电目标值计算逆变器的恒流输入电压目标值；根据恒流/恒压充电需求，设计PI参数，调节Buck变换器占空比使得逆变器输入电压达到目标值。本发明专利技术基于无线充电系统的恒流恒压控制方法及系统采用单一拓扑即可实现恒流、恒压的充电输出，实现了利用Buck变换器调节逆变器母线输入电压来实现恒流、恒压控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线充电系统的恒流恒压控制方法及系统
本专利技术涉及无线充电
，特别是涉及一种基于无线充电系统的恒流恒压控制方法及系统。
技术介绍
由于无导线连接、充电便捷等优点，无线充电系统在电动汽车、智能家居和医疗等领域得到了广泛的应用。由于多数的负载需要恒流、恒压充电，而为了减小接收侧的体积，所以需要通过在发射侧进行负载电流、电压控制的方法。现有技术中存在如下无线充电系统的恒流恒压控制技术：专利CN111682627A“抗偏移无线充电电路及控制方法”在发射侧设置了三个挡位的谐振模块，使得系统当发生偏移时，发射侧可以调整输出功率使得系统输出足够的功率驱动负载，但是该专利没有提出具体的恒流、恒压控制方法；专利CN111711250A“一种无线充电系统及其输出电压调节方法”提出了一种用于根据检测到的接收端线圈位置信息，进行切换控制器的工作模式判别，包括启动供电模式与终止供电模式，同时，使用控制开关切换相应的补偿电感或电容，实现对系统输出电压增益的调节的方法，但是该专利使用额外的补偿电感或电容不能使得系统输出电压连续可调；专利CN111509865A“一种无线充电系统最大效率跟踪控制方法”提出了一种通过发射侧DCDC变换器将发射侧输出电压调节至系统最大效率点，该过程采用步进的方法寻找系统最大效率点，但是该专利不能进行负载的恒流、恒压充电控制。且现有技术中无法利用单一拓扑实现恒流、恒压充电的无线充电系统问题。亟需一种能够对负载电流、电压进行控制并且简单易行的控制方法。
技术实现思路
r>针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于无线充电系统的恒流恒压控制方法及系统，能够采用单一拓扑即可实现恒流、恒压的充电输出，实现了利用Buck变换器调节逆变器母线输入电压来实现恒流、恒压控制。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于无线充电系统的恒流恒压控制方法，包括：获取无线充电系统的负载信息和电路信息；所述无线充电系统包括依次连接的直流电源、Buck变换器、逆变器、发射侧补偿电路、无线能量耦合线圈、整流桥以及负载；所述电路信息包括所述逆变器的实际输入电压和所述无线充电系统中各个器件的基本参数；根据所述负载信息，判断所述负载的充电模式；若所述充电模式为恒流充电模式，则根据所述电路信息与所述恒流充电目标值计算所述逆变器的恒流输入电压目标值；根据所述恒流充电目标值和所述恒流输入电压目标值获取PI调节器参数；根据所述PI调节器参数调节所述Buck变换器的占空比，使所述逆变器的实际输入电压与所述恒流输入电压目标值相等；若所述充电方式为恒压充电模式，则根据所述电路信息与所述恒压充电目标值计算所述逆变器的恒压输入电压目标值；根据所述恒压充电目标值和所述恒压输入电压目标值获取PI调节器参数；根据所述PI调节器参数调节所述Buck变换器的占空比，使所述逆变器的实际输入电压与所述恒压输入电压目标值相等。优选地，获取无线充电系统的负载信息，包括：根据参数辨识法获取所述负载信息；所述负载信息包括：负载电流、负载电压、负载等效阻抗和负载切换点阻抗。优选地，根据所述负载信息，判断所述负载的充电模式，包括：若所述负载等效阻抗小于或等于所述负载切换点阻抗，则判断所述负载的充电模式为所述恒流充电模式；若所述负载等效阻抗大于所述负载切换点阻抗，则判断所述负载的充电模式为所述恒压充电模式。优选地，根据所述电路信息与所述恒流充电目标值计算所述逆变器的恒流输入电压目标值，具体为：其中，Udc_out为所述逆变器的恒流输入电压目标值，Ib为所述恒流充电目标值，ω为所述无线充电系统工作的角频率，M为所述无线能量耦合线圈之间的互感，R1为所述无线能量耦合线圈中发射线圈的内阻，R2为所述无线能量耦合线圈中发射线圈的内阻，Cp1为测量得到的所述发射侧补偿电路中串联补偿电容容值，Cp2为测量得到的所述发射侧补偿电路中并联补偿电容容值，L11为测量得到的所述发射侧补偿电路中补偿电感自感值，L1为测量得到的所述无线能量耦合线圈中发射线圈的自感值，L2为测量得到的所述无线能量耦合线圈中发射线圈的自感值，Le_f为所述整流桥的等效输入阻抗基波电感值，Re_f为所述整流桥的等效输入阻抗基波电阻值，Le_3rd为所述整流桥的等效输入阻抗三次谐波电感值，Re_3rd为所述整流桥的等效输入阻抗三次谐波电阻值。优选地，根据所述电路信息与所述恒压充电目标值计算所述逆变器的恒压输入电压目标值，具体为：其中，Udc_out为所述逆变器的恒压输入电压目标值,Ub为所述恒压充电目标值,ω为所述无线充电系统工作的角频率，M为所述无线能量耦合线圈之间的互感，R2为所述无线能量耦合线圈中接收线圈的内阻，L2为测量得到的所述无线能量耦合线圈中接收线圈的自感值，L11为测量得到的所述发射侧补偿电路中补偿电感自感值，Le_f为所述整流桥的等效输入阻抗基波电感值，Re_f为所述整流桥的等效输入阻抗基波电阻值。一种基于无线充电系统的恒流恒压控制系统，包括：第一获取模块，用于获取无线充电系统的负载信息和电路信息；所述无线充电系统包括依次连接的直流电源、Buck变换器、逆变器、发射侧补偿电路、无线能量耦合线圈、整流桥以及负载；所述电路信息包括所述逆变器的实际输入电压；判断模块，用于根据所述负载信息，判断所述负载的充电模式；第一计算模块，用于若所述充电模式为恒流充电模式时，根据所述电路信息与所述恒流充电目标值计算所述逆变器的恒流输入电压目标值；第二获取模块，用于根据所述恒流充电目标值和所述恒流输入电压目标值获取PI调节器参数；第一调节模块，用于根据所述PI调节器参数调节所述Buck变换器的占空比，使所述逆变器的实际输入电压与所述恒流输入电压目标值相等；第二计算模块，用于若所述充电方式为恒压充电模式时，根据所述电路信息与所述恒压充电目标值计算所述逆变器的恒压输入电压目标值；第三获取模块，用于根据所述恒压充电目标值和所述恒压输入电压目标值获取PI调节器参数；第二调节模块，用于根据所述PI调节器参数调节所述Buck变换器的占空比，使所述逆变器的实际输入电压与所述恒压输入电压目标值相等。优选地，所述第一获取模块包括：辨识单元，用于根据参数辨识法获取所述负载信息；所述负载信息包括：负载电流、负载电压、负载等效阻抗和负载切换点阻抗。优选地，所述判断模块包括：恒流判断单元，用于若所述负载等效阻抗小于或等于所述负载切换点阻抗时，判断所述负载的充电模式为所述恒流充电模式；恒压判断单元，用于若所述负载等效阻抗大于所述负载切换点阻抗时，判断所述负载的充电模式为所述恒压充电模式。优选地，所述第一计算模块具体为：其中，Udc_out为所述逆变器的恒流输入电压目标值，Ib为所述恒流充电目标值，ω为所述无线充电系统工作的角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线充电系统的恒流恒压控制方法，其特征在于，包括：/n获取无线充电系统的负载信息和电路信息；所述无线充电系统包括依次连接的直流电源、Buck变换器、逆变器、发射侧补偿电路、无线能量耦合线圈、整流桥以及负载；所述电路信息包括所述逆变器的实际输入电压和所述无线充电系统中各个器件的基本参数；/n根据所述负载信息，判断所述负载的充电模式；/n若所述充电模式为恒流充电模式，则根据所述电路信息与预设的恒流充电目标值计算所述逆变器的恒流输入电压目标值；/n根据所述恒流充电目标值和所述恒流输入电压目标值获取PI调节器参数；/n根据所述PI调节器参数调节所述Buck变换器的占空比，使所述逆变器的实际输入电压与所述恒流输入电压目标值相等；/n若所述充电方式为恒压充电模式，则根据所述电路信息与预设的恒压充电目标值计算所述逆变器的恒压输入电压目标值；/n根据所述恒压充电目标值和所述恒压输入电压目标值获取PI调节器参数；/n根据所述PI调节器参数调节所述Buck变换器的占空比，使所述逆变器的实际输入电压与所述恒压输入电压目标值相等。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无线充电系统的恒流恒压控制方法，其特征在于，包括：
获取无线充电系统的负载信息和电路信息；所述无线充电系统包括依次连接的直流电源、Buck变换器、逆变器、发射侧补偿电路、无线能量耦合线圈、整流桥以及负载；所述电路信息包括所述逆变器的实际输入电压和所述无线充电系统中各个器件的基本参数；
根据所述负载信息，判断所述负载的充电模式；
若所述充电模式为恒流充电模式，则根据所述电路信息与预设的恒流充电目标值计算所述逆变器的恒流输入电压目标值；
根据所述恒流充电目标值和所述恒流输入电压目标值获取PI调节器参数；
根据所述PI调节器参数调节所述Buck变换器的占空比，使所述逆变器的实际输入电压与所述恒流输入电压目标值相等；
若所述充电方式为恒压充电模式，则根据所述电路信息与预设的恒压充电目标值计算所述逆变器的恒压输入电压目标值；
根据所述恒压充电目标值和所述恒压输入电压目标值获取PI调节器参数；
根据所述PI调节器参数调节所述Buck变换器的占空比，使所述逆变器的实际输入电压与所述恒压输入电压目标值相等。


2.根据权利要求1所述的基于无线充电系统的恒流恒压控制方法，其特征在于，获取无线充电系统的负载信息，具体包括：
根据参数辨识法获取所述负载信息；所述负载信息包括：负载电流、负载电压、负载等效阻抗和负载切换点阻抗。


3.根据权利要求2所述的基于无线充电系统的恒流恒压控制方法，其特征在于，所述根据所述负载信息，判断所述负载的充电模式，包括：
若所述负载等效阻抗小于或等于所述负载切换点阻抗，则判断所述负载的充电模式为所述恒流充电模式；
若所述负载等效阻抗大于所述负载切换点阻抗，则判断所述负载的充电模式为所述恒压充电模式。


4.根据权利要求1所述的基于无线充电系统的恒流恒压控制方法，其特征在于，所述根据所述电路信息与所述恒流充电目标值计算所述逆变器的恒流输入电压目标值，具体为：






其中，Udc_out为所述逆变器的恒流输入电压目标值，Ib为所述恒流充电目标值，ω为所述无线充电系统工作的角频率，M为所述无线能量耦合线圈之间的互感，R1为所述无线能量耦合线圈中发射线圈的内阻，R2为所述无线能量耦合线圈中发射线圈的内阻，Cp1为测量得到的所述发射侧补偿电路中串联补偿电容容值，Cp2为测量得到的所述发射侧补偿电路中并联补偿电容容值，L11为测量得到的所述发射侧补偿电路中补偿电感自感值，L1为测量得到的所述无线能量耦合线圈中发射线圈的自感值，L2为测量得到的所述无线能量耦合线圈中发射线圈的自感值，Le_f为所述整流桥的等效输入阻抗基波电感值，Re_f为所述整流桥的等效输入阻抗基波电阻值，Le_3rd为所述整流桥的等效输入阻抗三次谐波电感值，Re_3rd为所述整流桥的等效输入阻抗三次谐波电阻值，Zs_3rd为接收侧回路阻抗，Zp_3rd为Cp2后的等效输入阻抗，Zin为逆变器输出阻抗。


5.根据权利要求1所述的基于无线充电系统的恒流恒压控制方法，其特征在于，所述根据所述电路信息与所述恒压充电目标值计算所述逆变器的恒压输入电压目标值，具体为：



其中，Udc_out为所述逆变器的恒压输入电压目标值，Ub为所述恒压充电目标值，ω为所述无线充电系统工作的角频率，M为所述无线能量耦合线圈之间的互感，R2为所述无线能量耦合线圈中接收线圈的内阻，L2为测量得到的所述无线能量耦合线圈中接收线圈的自感值，L11为测量得到的所述发射侧补偿电路中补偿电感自感值，Le_f为所述整流桥的等效输入阻抗基...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶成轩，刘志孟，王丽芳，李芳，张玉旺，张荣，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11