[发明专利]一种感应电能传输控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及感应电能传输领域，具体为LCL型IPT系统的一种感应电能传输控制装置，也涉及一种LCL型感应电能传输控制方法。

背景技术

感应电能传输(inductive power transfer,IPT)是一种借助电磁感应原理来实现的非接触电能传输技术，具有较安全、可靠等优点，在电动汽车、手机等电子产品和家用电器等领域拥有广阔的应用前景。

LCL型IPT系统由直流电源、高频逆变电路和初级谐振电路、次级谐振电路、不可控整流桥、滤波环节以及负载组成，通过采用谐振补偿技术控制系统工作频率为初级谐振频率，可以提高系统传输性能，同时也能降低成本。然而，能量传输过程中负载的动态变化，会引起系统的谐振频率变化，导致系统能量传输效率明显下降。因此，为了提高系统能量传输效率，必须采用变频控制，控制系统工作频率始终工作在谐振频率。同时，负载变化会导致初级导轨电流不稳定，影响系统电能传输的稳定性。因此，控制初级导轨电流稳定对系统能量的稳定传输有重要意义。

发明内容

本申请的目的在于提供一种LCL型感应电能传输控制装置及其方法，以解决负载动态变化时引起的系统失谐和电能传输不稳定的问题。

一方面利用频率跟踪技术实现LCL型IPT系统谐振频率的跟踪，使系统能够达到能量传输的最大化；另一方面，采用基于智能分段算法的移相控制策略控制初级导轨电流恒定，使系统负载动态变化时能量传输稳定。

本发明的目的是这样实现的：

一种LCL型感应电能传输控制装置，包括初级部分和次级部分，其特征在于：所述初级部分设有两个闭环回路，分别为变频控制回路和移相控制回路，所述变频控制回路采用频率跟踪方法控制高频逆变电路门控信号的频率，所述移相控制回路采用基于智能分段控制算法的移相控制策略控制高频逆变电路门控信号移相角。

进一步，所述初级部分由直流电压源U_dc(1)、高频逆变电路(15)和初级谐振电路(16)组成，所述高频逆变电路(15)由四个全控型开关管及其反并联二极管一(2)、反并联二极管二(3)、反并联二极管三(4)和反并联二极管四(5)组成，所述高频逆变环节将直流输入电压转换成高频方波电压输出到初级谐振网络，所述初级谐振电路(16)包括初级谐振电感L_pi(6)、初级谐振补偿电容C_T(7)、初级感应耦合线圈电感L_T(8)，不仅在初级线圈L_T周围产生高频正弦谐振波，而且具有带通滤波功能，可以有效滤除系统能量变换环节中引入的高次谐波，减小系统的EMI干扰。

进一步，所述变频控制回路由高频逆变电路(15)、驱动器(17)、变频控制电路(18)、移相变频调制器(20)组成，实现系统谐振频率跟踪。

进一步，所述变频控制电路由限幅器一(21)、频率跟踪控制算法模块(22)、滤波器(23)、鉴相器(24)、采样模块(25)组成。

进一步，所述移相控制回路由高频逆变电路(15)、初级谐振电路(16)、驱动器(17)、移相控制电路(19)、移相变频调制器(20)组成。

进一步，所述移相控制电路由限幅器二(26)、智能分段算法模块(27)、加法器(28)、信号处理模块(29)、电流检测模块(30)组成。

进一步，所述次级部分包括补偿电容C_s(10)和次级线圈电感L_si(9)、不可控整流桥(11)、滤波电感L_f(12)、滤波电容C_f(13)及负载R_L(14),通过初、次级线圈之间的耦合，次级线圈电感L_si(9)上产生感应电动势，并通过补偿电容C_s(10)和次级线圈电感L_si(9)并联构成的次级谐振网路拾取发射端传输的高频振荡能量,所述不可控整流桥(11)用于高频交流信号的整流，其输出信号经过滤波电感L_f(12)、滤波电容C_f(13)组成的滤波环节滤波，可遏制高频交流电，同时减少输出电压纹波。

进而，本发明还提供一种基于上述装置的控制方法，其特征在于：