无线传输系统接收端状态检测方法、系统和电子设备技术方案

本申请涉及一种无线传输系统接收端状态检测方法、系统和电子设备，其中，该无线传输系统接收端状态检测方法包括：系统模型建立步骤，构建无线传输系统的等效电路后，建立发射端谐振电流的计算值i

【技术实现步骤摘要】
无线传输系统接收端状态检测方法、系统和电子设备


[0001]本申请涉及无线充电
，特别是涉及无线传输系统接收端状态检测方法、系统和电子设备。

技术介绍

[0002]无线电能传输技术(Wireless Power Transmission，WPT)通过高频交变电磁场可以实现非接触式能量传递，因其卓越的密封性、灵活性与便捷性越发受到青睐。但是，这也同样为发射端和接收端的信息传递带来困难，导致功率控制、系统状态监测的难度增加。
[0003]引入额外的无线通讯环节是原理最为简单的调控手段，但是该类方案需要额外非接触式信息传递模块(如无线蓝牙通讯模块)，复杂程度高且原副边电压/电流的相位关系仍然会因为信息调制的时间延时无法被精确描述，但如果不加入检测和反馈电路，仅靠发射端的幅度和相位检测，不能够有效的识别当前接收端的负载状态。利用发射端或接收端的关键数据直接对互感与负载进行精确估计则可以取消无线通讯环节，并实现对接收端信息进行更加全面的估计。
[0004]但是，现有的方案多需要借助额外的辅助线圈或机器视觉系统获取更多的接收端特征数据，体积与成本不具优势。也有技术方案基于神经网络等人工智能算法进行估计，以借助丰富的历史数据在无需电路模型的前提下构建发射端电流、互感与负载之间的关系网络，但其缺陷在于，需要大量精确历史数据对神经网络进行训练，数据采集过程繁琐且当系统参数发生变化时需要进行二次采集，通用性较差。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种无线传输系统接收端状态检测方法、系统、电子设备，以至少实现无需辅助电路及繁琐的数据采集过程，即可对接收端负载进行检测。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种无线传输系统接收端状态检测方法，应用于SS型磁耦合无线传输系统，所述无线传输系统的发射端包括依次串接的输入电源、发射端谐振电容、发射线圈及其寄生电阻，接收端包括依次串接的接收线圈及其寄生电阻、接收端谐振电容、接收端负载，基于前述的无线传输系统，本申请的状态检测方法包括：
[0007]系统模型建立步骤，构建所述无线传输系统的等效电路后，建立发射端谐振电流的计算值i
0c
与接收端负载R
L
、接收线圈与发射线圈的互感M之间的孪生数字模型；
[0008]检测模型建立步骤，基于采集得到的所述无线传输系统发射端谐振电流i0的相位θ、幅值I0及所述发射端谐振电流的计算值i
0c
的相位θ
c
、幅值I
0c
构建代价函数；
[0009]寻优估计检测步骤，基于粒子群优化算法以求得代价函数最小值为目标，对所述代价函数进行迭代后，基于迭代结果计算得到接收端负载估计值R
est
及接收线圈与发射线圈的互感估计值M
est
，以检测所述接收端状态。
[0010]在其中一些实施例中，所述代价函数基于如下计算模型计算得到：
[0011]Er＝abs(θ
c
－θ)+abs(I
0c
－I0)，其中，abs()用于表示绝对值函数。
[0012]在其中一些实施例中，所述接收端还包括串接的整流电路，所述整流电路电性连接所述接收端谐振电容，所述方法还包括：
[0013]最优接收端负载矫正步骤，基于所述接收端负载估计值R
est
及互感估计值M
est
计算发射端谐振电流的估计值i
0est
、其相位I
0est
和幅值的估计值θ
est
及接收端电流幅值的估计值I
1est
后，基于所述估计值I
1est
计算整流电路中二极管产生的等效电阻R
d
的估计功率P
diode
及所述接收端负载R
L
的估计功率P
oest
，进而求解得到矫正后的接收端负载R
c
，其中，所述负载估计值R
est
包括接收端负载R
L
及所述等效电阻R
d
。
[0014]在其中一些实施例中，所述矫正后的接收端负载R
c
基于如下计算模型计算得到：
[0015][0016]其中，
[0017]在其中一些实施例中，所述孪生数字模型的发射端谐振电流i
0c
基于如下计算模型计算得到：
[0018][0019]其中，V
fa
为输入电源v
fa
的幅值，Z
eq
为所述等效电路中接收端在发射端的等效阻抗，ω＝2πf，f为工作频率，L0为发射线圈自感，C0为发射端谐振电容，R0为L0的寄生电阻，本申请以作为接收端状态检测的关键变量。
[0020]在其中一些实施例中，所述等效阻抗Z
eq
基于如下计算模型计算得到：
[0021][0022]其中，L1为接收线圈自感，C1为接收端谐振电容，R1为L1的寄生电阻，k为L0和L1的耦合系数，该耦合系数发射线圈、接收线圈的相对位置直接相关。
[0023]在其中一些实施例中，所述寻优估计检测步骤进一步包括：
[0024]种群初始化步骤，设定所述互感M与所述接收端负载R
L
的数值范围及该数值范围内N个互感M与所述接收端负载R
L
构成的个体的初始坐标，并基于N个所述初始坐标计算对应的N组发射端电流i
0c
、N个对应的函数值Er
i
；其中，N为自然数
[0025]基于如上步骤，本申请实施例模型参数的更新围绕代价函数进行，使发射端电流i
0c
向发射端实测电流i0接近，实现收敛。
[0026]在其中一些实施例中，本申请实施例经过试验发现，当接收端工作在完全谐振状态时，等效阻抗将只有实部，此时存在多组R
L
与M的局部最优解。为了避免该情况，本申请实施例还在参数设计时，使L1与C1的固有频率与系统工作频率略有偏移，从而引入相位特征。根据SS型拓扑的接收端恒流特性，该改动不会严重影响系统的功率传输能力。当接收端呈
现容性时，R
L
与M收敛过程的示例，存在R
L
与M的唯一组合使代价函数最小。
[0027]第二方面，本申请实施例提供了一种无线传输系统接收端状态检测系统，用于实现如上第一方面所述的无线传输系统接收端状态检测方法，该系统包括：
[0028]系统模型建立模块，配置为构建所述无线传输系统的等效电路后，建立发射端谐振电流i
0c
与接收端负载R
L
、接收线圈与发射线圈的互感M之间的孪生数字模型；
[0029]检测模型建立模块，配置为基于所述发射端电流i
0c
的相位θ
c
、幅值I
0c...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线传输系统接收端状态检测方法，所述无线传输系统的发射端包括依次串接的输入电源、发射端谐振电容、发射线圈及其寄生电阻，接收端包括依次串接的接收线圈及其寄生电阻、接收端谐振电容、接收端负载，所述接收线圈电磁耦合所述发射线圈，其特征在于，包括：系统模型建立步骤，构建所述无线传输系统的等效电路后，建立发射端谐振电流的计算值i
0c
与接收端负载R
L
、接收线圈与发射线圈的互感M之间的孪生数字模型；检测模型建立步骤，基于采集得到的所述无线传输系统发射端谐振电流i0的相位θ、幅值I0及所述发射端谐振电流的计算值i
0c
的相位θ
c
、幅值I
0c
构建代价函数；寻优估计检测步骤，基于粒子群优化算法以求得代价函数最小值为目标，对所述代价函数进行迭代后，基于迭代结果估计得到接收端负载估计值R
est
及接收线圈与发射线圈的互感估计值M
est
，以检测所述接收端状态。2.根据权利要求1所述的无线传输系统接收端状态检测方法，其特征在于，所述代价函数基于如下计算模型计算得到：Er＝abs(θ
c
－θ)+abs(I
0c
－I0)。3.根据权利要求1所述的无线传输系统接收端状态检测方法，其特征在于，所述接收端还包括串接的整流电路，所述整流电路电性连接所述接收端谐振电容，所述方法还包括：最优接收端负载矫正步骤，基于所述接收端负载估计值R
est
及互感估计值M
est
计算发射端谐振电流的估计值i
0est
、其相位I
0est
和幅值的估计值θ
est
及接收端电流幅值的估计值I
1est
后，基于所述估计值I
1est
计算整流电路中二极管产生的等效电阻R
d
的估计功率P
diode
及所述接收端负载R
L
的估计功率P
oest
，进而求解得到矫正后的接收端负载R
c
，其中，所述负载估计值R
est
包括接收端负载R
L
及所述等效电阻R
d
。4.根据权利要求3所述的无线传输系统接收端状态检测方法，其特征在于，所述矫正后的接收端负载R
c
基于如下计算模型计算得到：其中，5.根据权利要求2所述的无线传输系统接收端状态检测方法，其特征在于，所述孪生数字模型的发射端谐振电流i
0c
基于如下计算模型计算得到：其中，V
fa
为输入电源v
fa
的幅值，Z
eq
为所述等效电路中接收端在发射端的等效阻抗，ω＝2πf，f为工作频率，L0为发射线圈自感，C0为发射端谐振电容，R0为L0的寄生电阻。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭栋，李聃，尹赫，兰海，程鹏，
申请(专利权)人：烟台哈尔滨工程大学研究院，
类型：发明
国别省市：