[发明专利]一种用于电动汽车无线充电系统最优效率的联合控制方法

说明书

本发明公开了一种用于电动汽车无线充电系统最优效率的联合控制方法，包括以下步骤：利用充电电压控制环路及充电电流控制环路调节二次侧整流器的移相角，以控制电池的充电电压及充电电流；利用二次侧ZVS相角控制环路调节二次侧整流器的功角，以控制二次侧整流器的ZVS相角；利用一次侧ZVS相角控制环路调节一次侧逆变器的移相角，以控制一次侧逆变器的ZVS相角；确定系统当前工况，再通过扰动观测法调节一次侧逆变器的ZVS相角及二次侧整流器的ZVS相角，以自动寻找充电最优效率工作点，该方法在保持稳定的充电电压及充电电流的前提下，实现逆变器及整流器的ZVS，同时能够根据当前的工况，自动寻找最优传输效率的工作点。

技术领域

本发明属于无线充电领域，涉及一种用于电动汽车无线充电系统最优效率的联合控制方法。

背景技术

无线充电技术是一种安全便捷的电能传输方式，具有使用灵活方便、可适应恶劣环境、易于实现无人自动供电和移动式供电的优点。基于近场耦合的无线充电技术能够较好地满足距离、效率、功率和安全等方面的需求，在电动车、消费电子、传感器和植入设备等领域具有广阔的应用前景。随着电动汽车逐渐普及，电动汽车的无线充电技术成为当前的研究热点。然而，在对电动汽车的无线充电进行控制时，有以下几个需求：

1)稳定的充电电压和充电电流。无线充电系统作为一种电源，需向电动汽车电池提供稳定的充电电压和充电电流。

2)最小化开关损耗。基于串联-串联谐振式无线充电系统需要使用高频逆变器和有源整流器。对于高频逆变器而言，一般采用MOSFET器件，为了减小开关损耗，需要使得逆变器尽可能工作在零电压开通状态(Zero Voltage Switching,ZVS)；对于有源整流器而言，同样需要采用MOSFET器件，所以也需要使得有源整流器尽可能工作在ZVS状态，从而实现系统的开关损耗最小化。

3)各种工况下的最优整机效率。用于电动汽车无线充电的线圈需要埋在地下，其散热问题较难解决。在电动汽车电池的全范围充电阶段，系统需要在各种工况下都能达到最优效率，减小功率损耗，从根本上解决散热问题。

4)较强的抗干扰性能。在实际使用中，当负载发生变化时，控制系统需自动地调节控制变量，实现对充电电压/充电电流指令的跟踪。

5)较少的变换器个数。在实现电动汽车无线充电时，减少变换器的个数有诸多优势，如可降低系统成本，降低系统复杂度，并提高系统最大传输效率和系统功率密度。

一方面，为了减小原副边变换器的开关损耗，需要使得原副边变换器均能够实现ZVS；另一方面，在电动汽车无线充电的具体应用中，电动汽车电池所需的充电电压和充电电流会随着电池状态不断地改变，系统的损耗也会出现较大的变化，从而需要对控制变量实时调节，以实现在原副边变换器ZVS条件下的系统损耗的最小化。目前仍尚未出现能够满足上述五种需求的多目标控制方法。

综上所述，需要提出一种能够满足以上五个需求的电动汽车无线充电系统的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于电动汽车无线充电系统最优效率的联合控制方法，该方法在保持稳定的充电电压及充电电流的前提下，实现逆变器及整流器的ZVS，同时能够根据系统当前的工况，自动寻找最优传输效率的工作点。

为达到上述目的，本发明所述的用于电动汽车无线充电的最优效率控制方法包括以下步骤：

利用充电电压控制环路及充电电流控制环路调节二次侧整流器的移相角，以控制电池的充电电压及充电电流；

利用二次侧ZVS相角控制环路调节二次侧整流器的功角，以控制二次侧整流器的ZVS相角；

利用一次侧ZVS相角控制环路调节一次侧逆变器的移相角，以控制一次侧逆变器的ZVS相角；