适应偏移工况的无线充电分阶段恒流恒压输出控制方法

摘要

本发明提供了一种适应偏移工况的无线充电分阶段恒流恒压输出控制方法，所述无线充电控制方法具体为：发射端和接收端的控制同步进行，发射端实时计算输入阻抗相角，并记录其小于阈值时高频交流电源的输出电压Up和输出电流Ip，接收端获取负载的充电需求并确定充电方式和充电电流和电压的需求值，并实时采集充电电流或充电电压与对应需求值进行比较，根据比较结果调整接收端补偿网络进而调节充电电流或充电电压，输入阻抗相角由于接收端补偿网络的调整发生变化，发射端根据输入阻抗相角的变化调整Up或Ip。本发明无需对发射线圈和接收线圈间的互感进行估计，避免了发射端和接收端之间闭环控制所需的无线通信，能够适用于更广泛场景下的无线充电。

说明书

技术领域

本发明涉及无线充电控制技术领域，尤其是指一种适应偏移工况的无线充电分阶段恒流恒压输出控制方法。

背景技术

无线充电技术因其便携、安全的特性，已经被广泛应用在多个技术领域，尤其是在电动汽车应用领域，无线充电可以有效解决电动汽车续航里程不足和充电不便等问题。由于电动汽车动力电池特性，其主流充电方式为恒压恒流充电，因此在无线充电过程中需要能够进行分阶段的恒流恒压输出，且能够进行恒流和恒压输出间的快速切换。现有技术常通过控制发射端电力电子变换装置的占空比、移相角、工作频率等调节系统输出，实现负载分阶段恒流恒压充电的需求，而此类方式均需要无线通信将接收端信息反馈到发射端，从而实现闭环控制。在高频电磁环境下，此类方式所使用到的通信设备其通信可靠性和稳定性难以得到保证。若使用电磁屏蔽装置来保证通信设备的通信稳定性，电磁屏蔽装置中的导磁材料的磁导率、单位损耗随系统工作频率变化又会影响线圈自感、互感等参数，进而影响到系统效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种适应偏移工况的无线充电分阶段恒流恒压输出控制方法。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

一种适应偏移工况的无线充电分阶段恒流恒压输出控制方法，发射端和接收端的控制同步进行；

发射端控制单元实时计算无线充电过程中的输入阻抗相角，并采集在输入阻抗相角小于阈值时对应的高频交流电源的输出电压U

接收端控制单元通过负载的电池管理系统获取负载的充电需求，并根据充电需求确定充电方式，以及充电电流和充电电压的需求值；

接收端控制单元实时采集加载在负载上的充电电流和充电电压，并将采集的充电电流或充电电压与充电需求值进行比较，根据比较结果调整接收端补偿网络以调节负载的充电电流或充电电压；

接收端补偿网络调整后输入阻抗相角发生改变，发射端控制单元获取接收端补偿网络调整后的输入阻抗相角，发射端控制单元根据获取的输入阻抗相角以及对应的充电方式调整高频交流电源，将高频交流电源的输出电压调整为输出电压U

进一步的，所述充电方式包括恒流充电、恒压充电和恒流恒压充电。

进一步的，当充电方式为恒流充电方式时，对应的无线充电的具体过程为：无线充电开始，高频交流电源逐渐升高输出电压，接收端负载两端的充电电流逐渐增大，接收端控制单元实时比较负载两端的充电电流与充电电流需求值，在充电电流达到充电电流需求值时，计算接收端补偿网络内两个功率开关管的占空比，并根据计算的接收端补偿网络内两个功率开关管的占空比控制两个功率开关管的开通和关断，维持充电电流不超过充电电流需求值，直至充电结束。

进一步的，在根据计算的接收端补偿网络内两个功率开关管的占空比控制两个功率开关管的开通和关断时，还通过发射端控制单元实时计算输入阻抗相角，并判断输入阻抗是否满足纯阻性条件，在输入阻抗不满足纯阻性条件时，根据记录的输出电压U

进一步的，当充电方式为恒流恒压充电时，负载的电池管理系统实时采集负载电压，负载在电压低于预设电压时为恒流充电阶段，在电压达到预设电压后，负载由恒流阶段转换为恒压阶段继续充电。

进一步的，当充电方式为恒流恒压充电，且处于其恒流充电阶段时，对应的无线充电的具体过程为：接收端控制单元实时比较负载两端的充电电流与充电电流需求值，接收端控制单元根据比较结果计算补偿网络内两个功率开关管的占空比，并根据计算的接收端补偿网络内两个功率开关管的占空比控制两个功率开关管的开通和关断，维持充电电流不超过充电电流需求值。

进一步的，当充电方式为恒流恒压充电，且充电由恒流阶段转换为恒压阶段时，发射端控制单元实时计算输入阻抗相角，并判断输入阻抗是否满足纯阻性条件，在输入阻抗不满足纯阻性条件时，根据输出电流I

进一步的，在充电方式为恒压充电时，负载的充电电压需求值保持不变，充电电流需求值随着电量的变化不断变小，对应的无线充电的具体过程为：无线充电开始，高频交流电源逐渐升高输出电压，接收端控制单元实时比较充电电流和充电电流需求值，并在充电电流增大到充电电流需求值时，根据比较结果计算两只功率开关管的占空比，并以两只功率开关管的占空比控制两只功率开关管的开通和关断，以维持充电电流不超过负载当前的充电电流需求值，同时发射端控制单元检测实时计算发射端输入阻抗，检测到发射端输入阻抗的变化后，根据记录的输出电压U

进一步的，在将高频交流电源的输出电流调整为输出电流I

本发明的有益效果是：

无需对发射线圈和接收线圈间的互感进行估计，避免了发射端和接收端之间闭环控制所需的无线通信，能够适用于更广泛场景下的无线充电。在不同充电方式下，通过调整接收端补偿网络和发射端高频交流电源内功率开关管的占空比来保证电流或电压符合无线充电负载的充电需求。且在恒流恒压充电方式下，能够根据负载的充电状况由恒流输出向恒压输出进行自动切换，并获取对应的充电需求进而进行相应调节，实现了自动化的分阶段恒流恒压输出控制。

附图说明

图1是本发明的一种流程示意图；

图2是本发明实施例的一种恒流充电方式下无线充电流程示意图；

图3是本发明实施例的一种恒压充电方式下无线充电流程示意图；

图4是本发明实施例的一种恒流恒压充电方式下充电电压和充电电流变化示意图；

图5是本发明实施例的一种恒流恒压充电方式下无线充电流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。

实施例：

一种适应偏移工况的无线充电分阶段恒流恒压输出控制方法，如图1所示，发射端和接收端的控制同步进行；

发射端控制单元实时计算无线充电过程中的输入阻抗相角，并采集在输入阻抗相角小于阈值时对应的高频交流电源的输出电压U

接收端控制单元通过负载的电池管理系统获取负载的充电需求，并根据充电需求确定充电方式，以及充电电流和充电电压的需求值；

接收端控制单元实时采集加载在负载上的充电电流和充电电压，并将采集的充电电流或充电电压与充电需求值进行比较，根据比较结果调整接收端补偿网络以调节负载的充电电流或充电电压；

接收端补偿网络调整后输入阻抗相角发生改变，发射端控制单元获取接收端补偿网络调整后的输入阻抗相角，发射端控制单元根据获取的输入阻抗相角以及对应的充电方式调整高频交流电源，将高频交流电源的输出电压调整为输出电压U

接收端补偿网络包括一个双向开关和两个电容器，其中两个电容器串联连接，双向开关并联在其中一个电容器的两端。

当充电方式为恒流充电时，如图2所示，对应的无线充电的具体过程为：无线充电开始，高频交流电源逐渐升高输出电压，接收端负载两端的充电电流I

由于恒流充电方式下，充电电流需求值不会随着时间的推移出现变化，因此计算当充电电流I

在充电方式为恒压充电时，如图3所示，对应的无线充电的具体过程为：

接收端控制单元实时比较负载两端的充电电流I

当充电方式为恒流恒压充电时，负载在电压低于预设电压时为恒流充电阶段，在电压达到预设电压后，充电由恒流阶段转换为恒压阶段，恒流恒压充电方式的不同阶段下，充电电压U

当充电方式为恒流恒压充电时，如图5所示，对应的无线充电的具体过程为：首先充电处于恒流充电阶段，接收端控制单元实时比较负载两端的充电电流I

在充电处于恒压阶段时，接收端控制单元依旧实时比较负载两端的充电电流I

在将高频交流电源的输出电流调整为输出电流I

无线充电系统开始充电后，首先通过调整接收端补偿网络和高频交流电源的输出以保证充电电流I

且由于无线充电系统内电阻一般很小，因此当高频交流电源的输出电压恒定时，接收端输出即可保持恒流特性，而当高频交流电源的输出电流恒定时，接收端输出即为恒流特性。

而接收端补偿网络和发射端、接收端补偿网络中均包含电容器，其电容器的电容值的计算公式如下：

其中：C

调节两只功率开关管的占空比能够实现对于接收端补偿网络的等值电容值的调节，从而实现恒压或恒流充电需求。

本实施例中所述无线充电控制方法应用于电动汽车的无线充电中，一方面可以实现无线充电系统输出电压电流和充电需求的匹配，另一方面可以适应不同充电方式、实现恒流输出和恒压输出间的快速平稳切换。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。