一種用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制方法，基于無線電能傳輸系統(tǒng)的開環(huán)電路，所述無線電能傳輸系統(tǒng)的開環(huán)電路包括直流電源、逆變器、原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)及整流器，直流電源、逆變器、原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)、整流器及蓄電池依次相連接；包括以下步驟：判斷蓄電池的充電階段，所述蓄電池的充電階段包括恒流充電階段、恒功率充電階段及恒壓充電階段；當(dāng)蓄電池處于恒流充電階段時，逆變器采用定頻移相控制方法進(jìn)行控制；當(dāng)蓄電池處于恒功率充電階段時，逆變器采用定頻移相控制方法進(jìn)行控制；當(dāng)蓄電池處于恒壓充電階段時，逆變器采用跳頻移相控制方法進(jìn)行控制，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池的全范圍高效率充電，并且系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性較高。
【專利說明】
-種用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種閉環(huán)控制方法，具體設(shè)及一種用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳輸是一種安全便捷的電能傳輸方式，具有使用靈活方便、少維護(hù)、可適應(yīng)惡 劣環(huán)境、易于實(shí)現(xiàn)無人自動供電和移動式供電的優(yōu)點(diǎn)。磁禪合諧振式無線電能傳輸技術(shù)較 好地滿足了距離、效率、功率和安全等方面的需求，在電動車、消費(fèi)電子、傳感器和植入設(shè)備 等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)際使用中，由于原副邊傳輸距離、禪合系數(shù)、等效負(fù)載阻抗 等因素會發(fā)生隨機(jī)變化，往往沒有針對蓄電池的充電采取明確有效的控制策略，運(yùn)樣會降 低系統(tǒng)的效率和運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性。
[0003] 傳統(tǒng)的蓄電池充電方式是先恒流充電后恒壓充電，由于恒流和恒壓過渡點(diǎn)切換會 產(chǎn)生較大的峰值充電功率，對蓄電池和系統(tǒng)的整體性能要求較高，而且存在潛在的安全隱 患。因此，需要一種控制策略能夠?qū)⑿铍姵乜焖俑咝С潆姾蜔o線充電裝置的潛在的價(jià)值結(jié) 合起來，實(shí)現(xiàn)蓄電池的全范圍高效率充電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種用于蓄電池全范圍充電的 閉環(huán)控制方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池的全范圍高效率充電，并且能夠提高系統(tǒng)的安全性 和穩(wěn)定性。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制方法基于無線 電能傳輸系統(tǒng)的開環(huán)電路，所述無線電能傳輸系統(tǒng)的開環(huán)電路包括直流電源、逆變器、原副 邊諧振網(wǎng)絡(luò)、整流器及蓄電池，直流電源、逆變器、原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)、整流器及蓄電池依次相 連接；
[0006] 包括W下步驟：
[0007] 判斷蓄電池的充電階段，所述蓄電池的充電階段包括恒流充電階段、恒功率充電 階段及恒壓充電階段；
[000引當(dāng)蓄電池處于恒流充電階段時，逆變器采用定頻移相控制方法進(jìn)行控制；
[0009] 當(dāng)蓄電池處于恒功率充電階段時，逆變器采用定頻移相控制方法進(jìn)行控制；
[0010] 當(dāng)蓄電池處于恒壓充電階段時，逆變器采用跳頻移相控制方法進(jìn)行控制。
[0011] 當(dāng)判斷蓄電池處于恒流充電階段時，逆變器采用定頻移相控制方法進(jìn)行控制的具 體操作為：
[001^ 逆變器的輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率相等且恒定，整流器的控制器采 集蓄電池的充電電壓和電流信息，再將蓄電池的充電電壓及電流信息轉(zhuǎn)發(fā)至逆變器的控制 器，逆變器的控制器根據(jù)預(yù)設(shè)蓄電池的恒流充電給定值與蓄電池的充電電流信息進(jìn)行PID 運(yùn)算，然后對PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定；
[0013] 逆變器的控制器采集的原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值，并將所述原副邊諧振 網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定進(jìn)行PID運(yùn)算，然后 將PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為逆變器移相角的調(diào)制信號，再通過逆變器移相角的調(diào)制 信號控制逆變器的移相角。
[0014] 當(dāng)判斷蓄電池處于恒功率充電階段時，逆變器采用定頻移相控制方法進(jìn)行控制的 具體操作為：
[0015] 逆變器輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率相等且恒定，整流器的控制器采集 蓄電池的充電電壓和電流信息，再將蓄電池的充電電壓和電流信息轉(zhuǎn)發(fā)至逆變器的控制 器，逆變器的控制器根據(jù)預(yù)設(shè)蓄電池的充電功率給定值、W及蓄電池的充電電壓和電流信 息進(jìn)行PID運(yùn)算，然后對PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰 值的給定；
[0016] 逆變器的控制器采集的原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值，并將所述原副邊諧振 網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定進(jìn)行PID運(yùn)算，然后 將PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為逆變器移相角的調(diào)制信號，再通過逆變器移相角的調(diào)制 信號控制逆變器的移相角。
[0017] 當(dāng)蓄電池處于恒壓充電階段時，逆變器采用跳頻移相控制方法進(jìn)行控制的具體操 作為：
[0018] 逆變器輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的分叉頻率相等且恒定，整流器的控制器采集 蓄電池的充電電壓和電流信息，將蓄電池的充電電壓和電流信息發(fā)送到逆變器的控制器 中，逆變器控制器根據(jù)蓄電池的預(yù)設(shè)恒壓充電給定值及蓄電池的充電電壓信息進(jìn)行PID運(yùn) 算，然后將PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定；
[0019] 逆變器的控制器采集原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的諧振電流峰值，再將所述原副邊諧 振網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定進(jìn)行PID運(yùn)算，然 后將PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為逆變器移相角的調(diào)制信號，再通過逆變器移相角的調(diào) 制信號控制逆變器的移相角。
[0020] 判斷蓄電池的充電階段的具體操作為：
[0021] 整流器的控制器采集蓄電池的電壓信息及電流信息，然后將蓄電池的電壓信息及 電流信息轉(zhuǎn)發(fā)至逆變器的控制器，逆變器的控制器根據(jù)蓄電池的電壓信息及電流信息計(jì)算 蓄電池的等效直流電阻，然后根據(jù)蓄電池的等效直流電阻判斷蓄電池的充電階段。
[0022] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[0023] 本發(fā)明所述的用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制方法在具體操作時，通過判斷蓄 電池的充電階段，再根據(jù)蓄電池所處的充電階段對逆變器采用不同的控制方法進(jìn)行控制， 當(dāng)蓄電池處于恒流充電階段時，則對逆變器采用定頻移相控制；當(dāng)蓄電池處于恒功率充電 階段時，逆變器采用定頻移相控制；當(dāng)蓄電池處于恒壓充電階段時，逆變器采用跳頻移相控 審IJ，從而使蓄電池能夠在全范圍進(jìn)行高效率充電，同時使整個充電系統(tǒng)安全性及穩(wěn)定性得 到大幅提升。
[0024] 進(jìn)一步，將原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流 峰值的給定進(jìn)行PID運(yùn)算，然后將PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為逆變器移相角的調(diào)制信 號，在提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力的同時能夠限定原邊諧振網(wǎng)絡(luò)的電感電流峰值。在跳頻移 相控制過程中，逆變器輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的分叉頻率相等且恒定，實(shí)現(xiàn)了蓄電池 輕載充電下系統(tǒng)的穩(wěn)定。采用上述蓄電池的=段式充電方法，可降低對無線充電機(jī)的最大 充電功率裕量的要求，提高資源利用率和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明中無線電能傳輸系統(tǒng)的開環(huán)主電路圖；
[0026] 圖2(a)為蓄電池充電電壓和電流隨蓄電池等效直流電阻Rbt的變化曲線；
[0027] 圖2(b)為蓄電池的充電功率隨蓄電池等效直流電阻Rbt的變化曲線；
[0028] 圖3(a)為無線電能傳輸系統(tǒng)的總體運(yùn)行控制框圖；
[0029] 圖3(b)為無線電能傳輸系統(tǒng)的頻率控制邏輯圖；
[0030] 圖3(c)為無線電能傳輸系統(tǒng)的控制框圖；
[0031] 圖4為蓄電池全范圍充電時系統(tǒng)電壓增益的變化曲線圖
[0032] 圖5(a)為無線電能傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行于A點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)Matlab仿真波形圖；
[0033] 圖5(b)為無線電能傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行于B點(diǎn)左側(cè)的仿真波形圖；
[0034] 圖5(c)為無線電能傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行于C點(diǎn)左側(cè)的穩(wěn)態(tài)Matlab仿真波形圖；
[0035] 圖5(d)為無線電能傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行于C點(diǎn)右側(cè)的穩(wěn)態(tài)Matlab仿真波形圖；
[0036] 圖5(e)為無線電能傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行于D點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)Matlab仿真波形圖；
[0037] 圖6為充電電壓和電流隨蓄電池等效直流電阻的變化曲線圖；
[0038] 圖7為充電功率和效率隨蓄電池等效直流電阻的變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0040] 圖1中分別為原邊線圈及副邊線圈的基波電流有效值，化、化分別為逆變器 的交流輸出基波電壓有效值及整流器的中點(diǎn)電壓基波有效值，Vi、ii分別為無線電能傳輸系 統(tǒng)的直流輸入電壓及直流輸入電流，V2、12分別為無線電能傳輸系統(tǒng)的直流輸出電壓及直流 輸出電流，Vbt、Ibt分別為蓄電池的端口電壓及充電電流。
[OOW 圖3中Voref、I Dref、Pore汾別為蓄電池的充電電壓參考值、充電電流參考值及充電功 率參考值，VDdc、lDdc、PDd。分別為蓄電池的充電電壓實(shí)際值、充電電流實(shí)際值及充電功率實(shí)際 值，Wn為標(biāo)么化諧振角頻率，&為逆變器的移相角，Ilref為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊線圈諧振 電流的峰值給定值，Ilfb為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊線圈諧振電流的峰值采樣值，如圖3(a)所 示，整流器的控制器采樣蓄電池當(dāng)前的輸入電壓Vbt及輸入電流Ibt,通過2.4G化的無線射頻 模塊將蓄電池當(dāng)前的輸入電壓Vbt及輸入電流Ibt發(fā)送給逆變器的控制器中，逆變器根據(jù)蓄 電池當(dāng)前的輸入電壓Vbt及輸入電流Ibt改變逆變器的頻率及移相角。
[0042]如圖3(b)所示，逆變器的控制器根據(jù)蓄電池當(dāng)前的輸入電壓Vbt及輸入電流Ibt計(jì) 算蓄電池的等效輸入電阻Rbt,判斷蓄電池所處的充電階段，然后根據(jù)蓄電池所處的充電階 段給出充電指令，需要說明的是，當(dāng)判斷蓄電池位于恒流充電及恒功率充電階段時，逆變器 輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率相等且恒定；當(dāng)判斷蓄電池位于恒壓充電階段時， 逆變器輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的高分叉頻率相等且恒定。綜上所述，此控制策略通過 調(diào)節(jié)逆變器移相角達(dá)到輸出恒流、恒功率和恒壓的控制目標(biāo)。
[0043] 本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)在于采用蓄電池的=段式充電曲線，設(shè)計(jì)對應(yīng)的=段式控制策 略，通過整流器的控制器實(shí)時檢測蓄電池充電的狀態(tài)，從而根據(jù)蓄電池的狀態(tài)給出逆變器 的控制量。
[0044] 參見圖1，系統(tǒng)的能量傳輸部分由逆變器將直流電壓逆變?yōu)楦哳l的交流電壓，驅(qū)動 LC串聯(lián)原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)，副邊接收線圈感應(yīng)出高頻的電感電壓，經(jīng)過副邊的LC串聯(lián)原副邊 諧振網(wǎng)絡(luò)及整流器將交流電壓整流為直流電壓，然后再為蓄電池充電。
[0045] 參考圖2,當(dāng)判斷蓄電池處于A-B段時，逆變器采用定頻移相控制;逆變器的標(biāo)么化 角頻率COn固定為1，并且給定輸出電流Ibt的參考指令進(jìn)行恒流控制，逆變器的控制器根據(jù) 預(yù)設(shè)蓄電池的恒流充電給定值、W及蓄電池的充電電流信息進(jìn)行PID運(yùn)算，然后對PID運(yùn)算 的結(jié)果限定幅值后作為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定；同時逆變器的控制器 采集的原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值，并將所述原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值與 原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定進(jìn)行PID運(yùn)算，然后將PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值 后作為逆變器移相角的調(diào)制信號，再通過逆變器移相角的調(diào)制信號控制逆變器的移相角， 最終目的是通過調(diào)節(jié)原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流的峰值改變整流器輸出的直流電流。
[0046] 當(dāng)判斷蓄電池處于圖2中的B-C段時，即當(dāng)蓄電池處于恒功率充電階段時，逆變器 采用定頻移相控制，逆變器輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率相等且恒定為1，整流器 的控制器采集蓄電池的充電電壓和電流信息，然后將蓄電池的充電電壓和電流信息轉(zhuǎn)發(fā)至 逆變器的控制器，逆變器的控制器根據(jù)預(yù)設(shè)蓄電池的充電功率給定值、W及蓄電池的充電 電壓和電流信息進(jìn)行PID運(yùn)算，然后對PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原 邊諧振電流峰值的給定；
[0047] 逆變器的控制器采集的原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值，并將所述原副邊諧振 網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定進(jìn)行PID運(yùn)算，然后 將PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為逆變器移相角的調(diào)制信號，再通過逆變器移相角的調(diào)制 信號控制逆變器的移相角，最終通過調(diào)節(jié)原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流的峰值改變整流 器的輸出功率。
[0048] 當(dāng)判斷蓄電池處于圖2中的C-D段時，即當(dāng)蓄電池處于恒壓充電階段時，逆變器采 用跳頻移相控制，逆變器輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的分叉頻率相等且恒定，其中
整流器的控制器采集蓄電池的充電電壓和電流信息發(fā)送到逆變器的控制器中， 逆變器控制器根據(jù)蓄電池的預(yù)設(shè)恒壓充電給定值及蓄電池的充電電壓信息進(jìn)行PID運(yùn)算， 然后將PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定；
[0049] 逆變器的控制器采集原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的諧振電流峰值，再將所述原副邊諧 振網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定進(jìn)行PID運(yùn)算，然 后將PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為逆變器移相角的調(diào)制信號，再通過逆變器移相角的調(diào) 制信號控制逆變器的移相角，最終通過調(diào)節(jié)原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的原邊諧振電流的峰值改變整 流器的輸出電壓。
[0050] 圖4為無線電能傳輸系統(tǒng)開環(huán)電壓增益隨開關(guān)頻率的變化曲線圖，圖4中，Rea、Reb、 Rec、Red分別為無線電能傳輸系統(tǒng)工作于A、B、C、D點(diǎn)時整流器的等效輸入交流電阻，圖4中的 A、B、C、D點(diǎn)分別為圖2中的四個點(diǎn)，需要說明的是，在蓄電池從恒流充電切換到恒功率充電 的過程中，由于蓄電池的等效電阻變化并不大，因此采用《n=l的定頻控制，此時系統(tǒng)開環(huán) 電壓增益變化也不大。但是當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)時，蓄電池的等效電阻變化范圍很大， 蓄電池電壓增益變化很大，運(yùn)十分不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，將諧振頻率點(diǎn)切換到分叉頻率 處，考慮到逆變器的ZVS，將開關(guān)頻率設(shè)置在高分叉頻率CO nH處，當(dāng)k = O . 2時，對應(yīng)CO nH = 1 . 118，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的軌跡對應(yīng)于圖4中的虛線。
[0051]為了說明本發(fā)明所述控制方法的有效性，利用表1的參數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，表1為 蓄電池等效直流電阻的參數(shù)，其中，直流等效電阻化T為整流器直流側(cè)電壓V2比Vl的值;而交 流等效電阻Re為整流器交流側(cè)基波電壓有效值化比副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振電流有效值Il2的 值。
[0化2] 表1 [0化3]
[0054]表2為列舉的仿真和實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)參數(shù)，表2中，Li和L2分別為原邊線圈及副邊線圈的 自感量，k為原邊線圈與副邊線圈之間的禪合系數(shù)，Cl和C2分別為原邊線圈及副邊線圈的諧 振電容，R謝化分別為原邊線圈及副邊線圈的等效串聯(lián)電阻，fo為系統(tǒng)的諧振頻率。
[0化5] 棄9 [0化6]
[0057]參見圖5(a)，系統(tǒng)運(yùn)行于A點(diǎn)時的穩(wěn)態(tài)波形圖，Ui為逆變器交流側(cè)的輸出方波電 壓，Il為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的原副邊電感電流，V2為整流器的輸出直流側(cè)電壓，可W看出V2 = 48V，蓄電池的等效電阻直流電阻Rbt = 12 Q，對應(yīng)輸出恒流12 = 4A，通過定頻移相控制策略 可W達(dá)到較好的控制效果。
[005引參見圖5 (b)，系統(tǒng)運(yùn)行于B點(diǎn)時的穩(wěn)態(tài)波形圖，可W看出輸出電壓V2 = 62.5V，蓄電 池的等效直流電阻Rbt= 15.63 Q，對應(yīng)輸出恒流I2 = 4A，通過定頻移相控制策略可W達(dá)到較 好的控制效果。
[0059] 參見圖5(c)，系統(tǒng)運(yùn)行于C點(diǎn)左側(cè)時的穩(wěn)態(tài)波形圖，可W看出輸出電壓V2 = 72V，蓄 電池的等效直流電阻Rbt = 20.74Q，對應(yīng)輸出功率Pbt = 250W，通過定頻移相控制策略可W 達(dá)到較好的控制效果。
[0060] 參見圖5(d)，系統(tǒng)運(yùn)行于C點(diǎn)右側(cè)時的穩(wěn)態(tài)波形圖，可W看出輸出電壓V2 = 72V，蓄 電池的等效直流電阻Rbt = 20.74 Q，對應(yīng)輸出功率Pbt = 250W，通過跳頻移相控制策略可W 達(dá)到較好的控制效果。
[0061] 參見圖5(e)，系統(tǒng)運(yùn)行于D點(diǎn)時的穩(wěn)態(tài)波形圖，可W看出輸出電壓V2 = 72V，蓄電池 等效直流電阻Rbt = 144 Q，對應(yīng)輸出電壓V2 = 72V，輸出電流12 = 0.5A，通過跳頻移相控制策 略可W達(dá)到較好的控制效果。
[0062] 為了說明本發(fā)明所述控制方法的有效性，本發(fā)明從實(shí)驗(yàn)的角度驗(yàn)證了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn) 行的特性，并測量了系統(tǒng)全范圍充電的輸出電壓、電流、功率和效率隨蓄電池等效直流電阻 Rbt變化的曲線。
[0063] 參見圖6,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，蓄電池的端電壓V2和電流電流12的標(biāo)么值隨蓄電池的 等效負(fù)載的變化關(guān)系，從圖6中可W看出，在A-B段，蓄電池先W4A的電流進(jìn)行恒流充電，蓄 電池的電壓V2緩慢上升，到達(dá)B點(diǎn)W后，系統(tǒng)W250W的功率對蓄電池進(jìn)行恒功率充電，電流 從4A緩慢減小，直至到達(dá)C點(diǎn)，在C點(diǎn)處，系統(tǒng)的輸出電壓為72V，輸出電流3.47A;當(dāng)系統(tǒng)從C 點(diǎn)左側(cè)跳轉(zhuǎn)至右側(cè)運(yùn)行時，逆變器采用跳頻控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)壓72V輸出，直至運(yùn)行至D 點(diǎn)，系統(tǒng)進(jìn)入浮充狀態(tài)。
[0064] 參見圖7,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，蓄電池的輸出功率標(biāo)么值和整機(jī)效率隨蓄電池的等效 直流電阻化T的變化關(guān)系。運(yùn)行機(jī)理與圖6-致，在定頻控制下，蓄電池進(jìn)行恒流和恒功率充 電的過程中，效率基本維持在90%左右，當(dāng)系統(tǒng)跳頻至91.68曲Z恒壓輸出時，效率較定頻率 Un= 1時有較大的提升，效率隨著蓄電池負(fù)載電阻的增大先增大后減小，效率最優(yōu)值為 93.56%。
[0065] 綜上所示，應(yīng)用本發(fā)明控制方法之后，可使蓄電池進(jìn)行全范圍充電，充電效率較 局。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制方法，其特征在于，基于無線電能傳輸系統(tǒng) 的開環(huán)電路，所述無線電能傳輸系統(tǒng)的開環(huán)電路包括直流電源、逆變器、原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)、 整流器及蓄電池，直流電源、逆變器、原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)、整流器及蓄電池依次相連接； 包括以下步驟： 判斷蓄電池的充電階段，所述蓄電池的充電階段包括恒流充電階段、恒功率充電階段 及恒壓充電階段； 當(dāng)蓄電池處于恒流充電階段時，逆變器采用定頻移相控制方法進(jìn)行控制； 當(dāng)蓄電池處于恒功率充電階段時，逆變器采用定頻移相控制方法進(jìn)行控制； 當(dāng)蓄電池處于恒壓充電階段時，逆變器采用跳頻移相控制方法進(jìn)行控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制方法，其特征在于，當(dāng)判斷 蓄電池處于恒流充電階段時，逆變器采用定頻移相控制方法進(jìn)行控制的具體操作為： 逆變器的輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率相等且恒定，整流器的控制器采集蓄 電池的充電電壓和電流信息，再將蓄電池的充電電壓及電流信息轉(zhuǎn)發(fā)至逆變器的控制器， 逆變器的控制器根據(jù)預(yù)設(shè)蓄電池的恒流充電給定值與蓄電池的充電電流信息進(jìn)行PID運(yùn) 算，然后對PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定； 逆變器的控制器采集的原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值，并將所述原副邊諧振網(wǎng)絡(luò) 中原邊的電流峰值與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定進(jìn)行PID運(yùn)算，然后將PID 運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為逆變器移相角的調(diào)制信號，再通過逆變器移相角的調(diào)制信號控 制逆變器的移相角。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制方法，其特征在于，當(dāng)判斷 蓄電池處于恒功率充電階段時，逆變器采用定頻移相控制方法進(jìn)行控制的具體操作為： 逆變器輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率相等且恒定，整流器的控制器采集蓄電 池的充電電壓和電流信息，再將蓄電池的充電電壓和電流信息轉(zhuǎn)發(fā)至逆變器的控制器，逆 變器的控制器根據(jù)預(yù)設(shè)蓄電池的充電功率給定值、以及蓄電池的充電電壓和電流信息進(jìn)行 PID運(yùn)算，然后對PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給 定； 逆變器的控制器采集的原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的電流峰值，并將所述原副邊諧振網(wǎng)絡(luò) 中原邊的電流峰值與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定進(jìn)行PID運(yùn)算，然后將PID 運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為逆變器移相角的調(diào)制信號，再通過逆變器移相角的調(diào)制信號控 制逆變器的移相角。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制方法，其特征在于，當(dāng)蓄電 池處于恒壓充電階段時，逆變器采用跳頻移相控制方法進(jìn)行控制的具體操作為： 逆變器輸出頻率與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)的分叉頻率相等且恒定，整流器的控制器采集蓄電 池的充電電壓和電流信息，將蓄電池的充電電壓和電流信息發(fā)送到逆變器的控制器中，逆 變器控制器根據(jù)蓄電池的預(yù)設(shè)恒壓充電給定值及蓄電池的充電電壓信息進(jìn)行PID運(yùn)算，然 后將PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定； 逆變器的控制器采集原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊的諧振電流峰值，再將所述原副邊諧振網(wǎng) 絡(luò)中原邊的電流峰值與原副邊諧振網(wǎng)絡(luò)中原邊諧振電流峰值的給定進(jìn)行PID運(yùn)算，然后將 PID運(yùn)算的結(jié)果限定幅值后作為逆變器移相角的調(diào)制信號，再通過逆變器移相角的調(diào)制信 號控制逆變器的移相角。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于蓄電池全范圍充電的閉環(huán)控制方法，其特征在于，判斷蓄 電池的充電階段的具體操作為： 整流器的控制器采集蓄電池的電壓信息及電流信息，然后將蓄電池的電壓信息及電流 信息轉(zhuǎn)發(fā)至逆變器的控制器，逆變器的控制器根據(jù)蓄電池的電壓信息及電流信息計(jì)算蓄電 池的等效直流電阻，然后根據(jù)蓄電池的等效直流電阻判斷蓄電池的充電階段。
【文檔編號】H02J7/02GK105826997SQ201610341006
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】王躍, 蔣勇斌, 劉軍文, 劉銘, 寧改娣
【申請人】西安交通大學(xué)