CN111555419B - 车载设备的频率锁定方法、车载设备及无线充电*** - Google Patents

车载设备的频率锁定方法、车载设备及无线充电*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种车载设备的频率锁定方法、车载设备及无线充电***，该车载设备的频率锁定方法包括：步骤S100、设置可控整流桥为短路状态；步骤S200、获取可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻；步骤S300、配置可控整流桥的驱动信号频率为第一预设频率，并获取驱动信号的过零点时刻；步骤S400、计算可控整流桥的电流过零点时刻与驱动信号的过零点时刻的差值；步骤S500、根据电流过零点时刻与驱动信号过零点时刻的差值调节驱动信号的频率，以使驱动信号的频率满足锁定条件；步骤S600、根据调节后的驱动信号的频率对可控整流桥的驱动信号频率进行锁定。

Description

车载设备的频率锁定方法、车载设备及无线充电***
技术领域
本发明涉及无线充电***技术领域，特别涉及一种车载设备的频率锁定方法、车载设备及无线充电***。
背景技术
无线充电技术在电动汽车领域应用已经逐渐普及，在工程应用中，由于地面设备和车载设备之间的位置随停车状态而呈现非确定状态，且汽车底盘随车辆内的载物状态也会在一定范围内变化，这就导致了无线充电***的原、副边线圈之间的水平偏移距离、垂直距离(离地间隙)会在一定范围内变化；并且，在汽车充电全过程中，对充电电压的需求是动态变化的，因此无线充电***通常需要根据汽车充电电压值需求调节输出***的输出电压。为解决上述工程问题，通常会在原、副边采用多级控制(比如可控整流方案等)，其中原、副边控制分别采用不同控制芯片联合实现。这种方案的前提是需要原副边频率相同，或者原副边频率相近(再结合其他算法实现整体控制)。受限于控制芯片的精度、温漂以及器件差异等因素，两块控制芯片即使软件设定以相同频率发波，工程运行时也会存在一定范围的频率偏差，影响***的输出电压、功率的稳定性，同时增加了功率器件的峰值应力。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种车载设备的频率锁定方法、车载设备及无线充电***，旨在实现对可控整流桥的驱动信号的频率进行锁定，从而使***稳定。
为实现上述目的，本发明提出一种车载设备的频率锁定方法，应用于具有基建侧设备及车载设备的无线充电***中，所述车载设备包括可控整流桥，所述车载设备的频率锁定方法包括：
步骤S100、设置所述可控整流桥为短路状态；
步骤S200、获取所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻；
步骤S300、配置所述可控整流桥的驱动信号频率为第一预设频率，并获取所述驱动信号的过零点时刻；
步骤S400、计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值；
步骤S500、根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率，以使所述驱动信号的频率满足锁定条件；
步骤S600、根据调节后的所述驱动信号的频率对所述可控整流桥的工作频率进行锁定。
可选地，所述步骤S500、根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率，以使所述驱动信号的频率满足锁定条件包括：
在所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值小于预设阈值，增大所述驱动信号的频率，以使得|Ti+m|≤Tmin，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；
在所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值大于预设阈值，减小所述驱动信号的频率，以使得|Ti+m|≤Tmin，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；
其中，Tmin为预设最小阈值。
可选地，获取的所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻的数量为M个；
获取所述驱动信号的过零点时刻与所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻的数量对应；
所述计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值的步骤包括：
依次计算获取到的M个所述计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值，并分别记为Ti＝ti-tj、Ti+1＝ti+1-tj+1……Ti+m＝ti+m-tj+m；
所述步骤S500、根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率，以使所述驱动信号的频率满足锁定条件包括：
根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续增大时，减小所述驱动信号的频率，以使得任意|Ti+m|≤Tmin，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；
根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续减小时，增加所述驱动信号的频率，以使得任意|Ti+m|≤Tmin；
其中，Tmin为预设最小阈值。
可选地，所述根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续增大具体包括：
在任意连续数量的Ti+m＜Ti+m+1，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax时，确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值持续增大；
根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续减小具体包括：
在任意连续数量的Ti+m＞Ti+m+1，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax时，确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值持续减小；其中，Tmax为所述驱动信号的一个周期的时间。
可选地，所述驱动信号的频率满足锁定条件包括：
在预设时间内，任意m个|Ti+m|≤Tmin，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；
或者，在连续N次调节所述驱动信号的频率中，任意n个|Ti+m|≤Tmin，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；m≤M。
可选地，Tmin由以下公式计算得：
Tmin＝ftolerate/f0 2；
其中，ftolerate为地面设备和车载设备的工作频率相差容忍值；f0为可控整流桥输入端接入的电流的频率。
可选地，所述车载设备的频率锁定方法还包括：
在预设时间内，当根据调节后的所述驱动信号的频率对所述可控整流桥的驱动信号的进行锁定未成功时，返回执行所述步骤S200。
可选地，所述车载设备具有频率锁定模式，在进入锁定模式之后，执行步骤S100-S600；当返回执行所述步骤S200的次数达到预设次数时，退出所述锁定模式；
当执行锁定模式过程中，成功锁定调节后的所述驱动信号的频率时，退出所述锁定模式。
本发明还提出一种车载设备，所述车载设备包括车载控制器、副边谐振网络及可控整流桥，所述副边谐振网络与所述可控整流桥的输入端连接，所述车载控制器与所述可控整流桥的受控端连接；所述车载控制器可运行车载设备的频率锁定程序，所述车载控制器执行所述车载设备的频率锁定程序时实现如上所述的车载设备的频率锁定方法。
本发明还提出一种无线充电***，所述无线充电***应用如上所述的车载设备的频率锁定方法。
本发明在设置所述可控整流桥为短路状态后，获取所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻；同时配置所述可控整流桥的驱动信号频率为第一预设频率，并获取所述驱动信号的过零点时刻，并计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值；然后根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率，以使所述驱动信号的频率满足锁定条件；并根据调节后的所述驱动信号的频率对所述可控整流桥的驱动信号的频率进行锁定。本发明可以所述可控整流桥与所述副边谐振网络在同一频率下工作，使得可控整流桥和基建侧的原边工作频率相同或相差在允许范围内，实现对所述可控整流桥工作频率的锁定，从而使***工作稳定，解决了无线充电***电流震荡的问题，减小***整流器件、逆变器件、谐振补偿网络器件等的***关键电气、电子器件的电流、电压应力，并增加***的功率容量等级，提升***效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明车载设备的频率锁定方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明车载设备应用于无线充电***一实施例的电路结构示意图；
图3为本发明车载设备应用于无线充电***另一实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本文中术语“和/或，”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/，”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明提出一种车载设备的频率锁定方法，应用于具有基建侧设备及车载设备的无线充电***中，所述车载设备包括可控整流桥。
无线充电，是近年来兴起的一种新型充电技术，其不借助充电线材即可实现对一定空间范围内的充电。其实现的方法主要是基于无线电能传输(Wireless PowerTransfer)技术，利用磁耦合原理将电能以非接触的方式由电源端传送到用电设备端，可以实现用电设备的无线充/供电，具有安全可靠、灵活便捷、环境友好、可全天候工作等优点，因而近年来受到了广泛关注。电动汽车无线充电需要解决不同类型车辆、不同设备制造商及不同功率等级的充电兼容性和互操作性问题，即需要解决***参数不确定、输出电压、负载不确定、原副边设备偏移不确定、外部扰动不确定等应用条件下的无线充电***高性能和高稳定性问题。其中高稳定性中重要环节包括***输出特性的稳定性以及***功率器件的稳定性。无线充电技术在电动汽车领域应用已经逐渐普及，在工程应用中，由于地面设备和车载设备之间的位置随停车状态而呈现非确定状态，且汽车底盘随车辆内的载物状态也会在一定范围内变化，这就导致了无线充电***的原、副边线圈之间的水平偏移距离、垂直距离(离地间隙)会在一定范围内变化；并且，在汽车充电全过程中，对充电电压的需求是动态变化的，因此无线充电***通常需要根据汽车充电电压值需求调节输出***的输出电压。为解决上述工程问题，通常会在原、副边采用多级控制(比如可控整流方案等)，其中原、副边控制分别采用不同控制芯片联合实现，这种方案的前提是需要原副边频率相同，或者原副边频率相近(再结合其他算法实现整体控制)。也即，需保证副边整流器的工作频率与地面设备逆变器的工作频率一致，或者在极小的偏差范围内，即需实现***地面、车载设备工作频率的一致性。受限于控制芯片的精度、温漂以及器件差异等因素，两块控制芯片即使软件设定以相同频率发波，工程运行时也会存在一定范围的频率偏差。若地面、车载设备频率一致性较差，则容易引起逆变器和整流器之间所有环节的电流、电压的震荡，进而影响***的输出电压、功率的稳定性，同时增加了功率器件的峰值应力。
为了解决上述问题，参照图1，在本发明一实施例中，所述车载设备具有频率锁定模式，在进入锁定模式之后，执行步骤S100-S600；在预设时间内，当频率未锁定成功时，则返回执行所述步骤S200，返回执行所述步骤S200的次数达到预设次数时，退出所述锁定模式；
当执行锁定模式过程中，成功锁定调节后的所述驱动信号的频率时，退出所述锁定模式。锁定模式即为频率锁定模式，车载设备可以在进行无线充电的初始化过程中进入频率锁定模式，或者车载设备还可以在进行无线充电的充电过程中，例如接收到中断控制信号时，进入频率锁定模式。在进入频率锁定模式时，在频率锁定流程的执行的预设时间内，完成频率锁定，若未完成则返回步骤S200，直到达到预设次数。该预设时间可以设置为2s。
该车载设备的频率锁定方法的步骤S100-S600包括：
步骤S100、设置所述可控整流桥为短路状态；
本实施例中，可控整流桥，为开关型全桥整流电路，用于将高频交流电流转换成直流，以及实现谐振网络调谐。全桥的中点电压/电流分别为Ve/Ie，等效阻抗为Re。车载设备还设置有车载电池、输出滤波电容Co、阻抗匹配电阻，以及用电负载等Rout等输出网络。可控整流桥包括第一上桥臂开关Q1、第二上桥臂开关Q2、第一下桥臂开关Q3及第二下桥臂开关Q4，所述第一上桥臂开关Q1与第一下桥臂开关Q3串联以形成第一桥臂电路，所述第二上桥臂开关Q2与第二下桥臂开关Q4串联以形成第二桥臂电路。
本实施例中，第一上桥臂开关Q1、第二上桥臂开关Q2、第一下桥臂开关Q3及第二下桥臂开关Q4组成两个桥臂电路，并且两个桥臂电路共有2种工作模式：同步/不控整流模式和短路模式。当第一上桥臂开关Q1、第二下桥臂开关Q4导通时，Ie电流此时通过整流桥给负载供电，此为同步整流模式；或者此时所有桥臂开关关全部关断，此时Ie电流通过桥臂开关管体二极管给负载供电，此为不控整流模式；当第一下桥臂开关Q3和第二下桥臂开关Q4同时导通时，Re相当于短路，此时Ve为零。
第一上桥臂开关Q1和第二下桥臂开关Q4在等效电流Ie正半周内导通；第一下桥臂开关Q3和第二上桥臂开关Q2在等效电流Ie负半周内导通，此时电路为同步整流，效果和不控整流类似。当占空比D＝0.5时，即第一下桥臂开关Q3和第二下桥臂开关Q4持续导通，此时相当于短路，理论上会有最大虚部，所有能量转成无功，无任何电流输出到负载Rout侧。可控整流桥在短路状态有2种可能的工作模式：第一上桥臂开关Q1第二上桥臂开关Q2同时导通工作，第一下桥臂开关Q3和第二下桥臂开关Q4同时导通工作。在其他工作时段时，二极管导通，Ve被输出电压钳位，车载设备的协整网络通过可控整流桥接收到能量传递到负载，完成无线充电。
在进行频率锁定的过程中，此时时间段内等效负载Re相当于短路，车载设备的副边谐振网络接收到能量不能传递到负载。
步骤S200、获取所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻；
本实施例中，基建侧设置有逆变器，原边谐振网络，逆变器中集成有IGBT或者MOS管等功率开关管，并组成对应的桥臂开关电路，逆变器中对应的功率开关管循环反复的导通/截止，以组成相应开关支路，从而使原边谐振网络发生谐振，高速变化的高频电流过发射线圈会产生高速变化的交变磁场，原边谐振网络组成的振荡电路在发生振荡时，原边谐振网络上产生高频交变的电流，交变的电流又使得原边谐振网络的线圈上产生变化的电磁波，由此产生高频交变磁场，并将高频交变电能转换成为电磁能，耦合至副边谐振网络，从而通过磁共振发射接收技术使接收线圈产生交变的电场，并将电能转变成磁能，完成电流激励，实现电能的无线传输，原边谐振网络的输出电流Ip的频率f0即为基建侧的工作频率。在电能传输至副边谐振网络后，可以获取可控整流桥输入端接入的电流，具体可以是可控整流桥的输入电流Ie，获取Ie过零点的时刻tj，并计算Ie的实际频率f0。当然，可控整流桥的输入电流Ie的选取并不是唯一的，比如可以从基建侧原边谐振网络的线圈电流Ip、车载侧副边谐振网络的线圈电流Is稍做处理得到。
步骤S300、配置所述可控整流桥的驱动信号频率为第一预设频率，并获取所述驱动信号的过零点时刻；
本实施例中，该第一预设频率f1满足可控整流桥的驱动信号的过零点时刻ti与可控整流桥的电流过零点时刻tj之间的关系，tj＜ti，且|ti-tj|＜(1/f1)，即保证ti、tj在驱动器频率f1的一个工作周期内。本实施例中，第一预设频率可以通过电流信号Ie，或者在车载设备的车载控制器130内部直接构建一个包括驱动信号的载波(比如矩形波、三角波)得到，或在车载控制器130内构建计数器等通过来计数器来进行计数，当然，在其他实施例中，还可以通过其他方式来反映频率信息的量。再在每个周期采集驱动信号的过零点时刻ti。其中，驱动信号仅为驱动器的触发信号，但不触发开关管的驱动电平，也即可控整流桥的开关管驱动电平保持为高，保持整流桥为短路状态。
步骤S400、计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值；
本实施例中，当可控整流桥输入端接入的电流频率f0>驱动信号的第一预设频率f1时，随着时间增加，f0的相位超前f1，同时相位不断增加，从0到360°周期变化，相位变化频率为两个频率的过零点差|ti-tj|＞Tmin；
当频率可控整流桥输入端接入的电流f0<驱动信号的第一预设频率f1时，随着时间增加，f0的相位滞后f1，同时相位不断增加，从0到360°周期变化，相位变化频率为两个频率的过零点差值|ti-tj|>Tmin，如果f1＝f0，则驱动信号与电流Ie之间的相位就会一直保持不变，而不会随时间的变化发生改变。
步骤S500、根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率，以使所述驱动信号的频率满足锁定条件；若|Ti+m-Ti+m-1|＞Tmax，则不记录Ti+m及之前的比较值，f1保持不变，取下一组Ti+m+1之后的比较值；
本实施例中，在可控整流桥输入端接入的电流频率f1>驱动信号的第一预设频率f0或者可控整流桥输入端接入的电流频率f0<驱动信号的第一预设频率f1时，在这个基础上对驱动信号的频率进行调节，以使可控整流桥的工作频率与基建侧逆变器的工作频率一致，或者在允许的偏差范围内，也即驱动信号与可控整流桥输入端接入的电流之间的频率相同或相近，也即过零点的保持不变，不会随时间的变化与可控整流桥输入端接入的电流频率发生改变。
步骤S600、根据调节后的所述驱动信号的频率对所述可控整流桥的驱动信号的工作频率进行锁定。
本发明在设置所述可控整流桥为短路状态后，获取所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻；同时配置所述可控整流桥的驱动信号频率为第一预设频率，并获取所述驱动信号的过零点时刻，并计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值；然后根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率，以使所述驱动信号的频率满足锁定条件；并根据调节后的所述驱动信号的频率对所述可控整流桥的驱动信号的频率进行锁定。本发明可以使得所述可控整流桥和基建侧的原边工作频率相同或相差在允许范围内，实现对所述可控整流桥工作频率的锁定，从而使***工作稳定，解决了无线充电***电流震荡的问题，减小***整流器件、逆变器件、谐振补偿网络器件等的***关键电气、电子器件的电流、电压应力，并增加***的功率容量等级，提升***效率。上述实施例中，在完成车载设备工作频率f1的锁定后，可控整流桥解除短路状态，车载设备并以调节后的频率f1驱动车载设备可控整流桥的开关管进行工作。若未完成车载设备工作频率f1的锁定，则返回执行步骤S200，直至完成频率锁定或者返回执行步骤S200的次数达到预设次数。
在一实施例中，所述步骤S500、根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率，以使所述驱动信号的频率满足锁定条件包括：
在所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值小于预设阈值，增大所述驱动信号的频率，以使得|Ti+m|≤Tmin；
在所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值大于预设阈值，减小所述驱动信号的频率，以使得|Ti+m|≤Tmin；Tmin为预设最小阈值。
本实施例中，预设阈值可以是后一组可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值，具体而言，在将采集的相邻两组所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻计算获得的差值中，若前一组所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值大于后一组所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻，增大所述驱动信号的频率，以使得|Ti+m|≤Tmin，|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；
在将采集的相邻两组所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻计算获得的差值中，若前一组所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值小于后一组所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻，减小所述驱动信号的频率，以使得|Ti+m|≤Tmin；m等于0，Tmin为预设最小阈值。
本实施例中，采集相邻两组可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻，并计算相邻可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻各自的差值，若Ti+m＜Ti+m+1，则减小f1的值，若Ti+m＞Ti+m+1，则增大f1的值。在上述实施例中，均满足|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax，即需要保证可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值在可控整流桥频率f1的一个工作周期内。其中，Tmax为设定值，其取值计算为1/f1，当f1＝85.5kHz时，Tmax＝11.7μs。若|Ti+m-Ti+m-1|＞Tmax，则不记录Ti+m及之前的比较值，f1保持不变，取下一组Ti+m+1之后的比较值。
在一实施例中，获取的所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻的数量为M个；
获取所述驱动信号的过零点时刻与所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻的数量对应；
所述计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值的步骤包括：
依次计算获取到的M个所述计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值，并分别记为Ti＝ti-tj、Ti+1＝ti+1-tj+1……Ti+m＝ti+m-tj+m；
所述步骤S500、根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率，以使所述驱动信号的频率满足锁定条件包括：
根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续增大时，减小所述驱动信号的频率，以使得任意|Ti+m|≤Tmin；
根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续减小时，增加所述驱动信号的频率，以使得任意|Ti+m|≤Tmin；其中，M≥10；m大于等于0，Tmin为预设最小阈值。
进一步地，在任意连续数量的Ti+m＜Ti+m+1，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax时，确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值持续增大；
根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续减小具体包括：
在任意连续数量的Ti+m＞Ti+m+1，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax时，确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值持续减小；其中，Tmax为所述驱动信号的周期。
ti与tj可以设置为ti＝tj，也即从f0与f1的相位同步(即电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻两个过零点重合)时刻之后，在一定时间范围内(持续时间和采样精度相关，获取电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻，在将各个周期的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻进行差值计算后，当调节f1前至少连续的Ti+m-2、Ti+m-1、Ti+m三个值为增加的趋势，也即此时在可控整流桥输入端接入的电流频率的相位滞后于所述驱动信号的第一预设频率，同时滞后相位角度随着时间不断加大，判定所述当前驱动信号的第一预设频率大于所述可控整流桥输入端接入的电流频率。此时，调小驱动信号的频率，并在调节f1后至少连续的Ti+m、Ti+m+1、Ti+m+2三个值转变为减小的趋势时，确认调节后的驱动信号的频率满足频率锁定条件。
当f1前至少连续的Ti+m-2、Ti+m-1、Ti+m三个值为减小的趋势，也即此时在可控整流桥输入端接入的电流频率的相位超前于所述驱动信号的第一预设频率，同时超前相位角度随着时间不断加大，判定所述当前驱动信号的第一预设频率小于所述可控整流桥输入端接入的电流频率。此时，调大驱动信号的频率，调节f1后至少连续的Ti+m、Ti+m+1、Ti+m+2三个值转变为增加的趋势时，和/或，在预设时间内，任意m个|Ti+m|≤Tmin；
或者，在连续N次调节所述驱动信号的频率中，任意n个|Ti+m|≤Tmin，m≤M。确认调节后的驱动信号的频率满足频率锁定条件。其中，预设时间可以设置为100ms，连续调节的次数N可以设置为5次。可以理解的是，上述调节的过程中，均需满足|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax。
在一实施例中，Tmin由以下公式计算得：
Tmin＝ftolerate/f0 2；
其中，ftolerate为地面设备和车载设备的工作频率相差容忍值；f0为可控整流桥输入端接入的电流的频率。
本实施例中，Tmin取值计算为ftolerate/f0 2，ftolerate为地面设备和车载设备的工作频率相差容忍值，当ftolerate＝30Hz时，Tmin＝4.1ns。
在一实施例中，所述车载设备的频率锁定方法还包括：
在预设时间内，当根据调节后的所述驱动信号的频率对所述可控整流桥的驱动信号的进行锁定未成功时，返回执行所述步骤S200。
本实施例中，在调节后的驱动信号频率不满足锁定条件时，在预设时间内，可以返回执行步骤S200，也即重新获取所述驱动信号的过零点时刻与所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻，并进行计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值；然后根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率再判断所述驱动信号的频率是否满足锁定条件，若是则完成频率锁定，若否则重复上述步骤S200，直至达到预设时间，在多次返回步骤S200后仍未完成频率锁定时，则终止频率锁定方法流程，上报无法完成频率锁定信息，返回步骤S200的次数可以设置为4次。其中，预设时间为频率锁定流程的执行时间，可以设置为2s。
本发明还提出一种车载设备。
参照图2和图3，在一实施例中，所述车载设备包括车载控制器130、副边谐振网络110及可控整流桥，所述副边谐振补偿网络110与所述可控整流桥120的输入端连接，所述车载控制器130与所述可控整流桥120的受控端连接；所述车载控制器130可运行车载设备的频率锁定程序，所述车载控制器130执行所述车载设备的频率锁定程序时实现如上所述的车载设备的频率锁定方法。
本发明还提出一种无线充电***，所述无线充电***应用如上所述的车载设备的频率锁定方法。
参照图2和图3，本实施例中，无线充电***包括车载设备及基建设备，基建设备包括电源110、PFC120、DC-DC130、逆变器140、原边谐振补偿网络150及基建控制器160。该车载设备的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明无线充电***中使用了上述车载设备，因此，本发明无线充电***的实施例包括上述车载设备全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
原边谐振网络150包括原边线圈Lp、原边谐振补偿网络。其中，原边线圈Lp和副边线圈Ls组成松耦合变压器，以实现能量的发送和接收，两者的形状类型不限，可以是圆形线圈、矩形线圈、DD型线圈等。两个线圈之间气隙较大，具有漏感大、励磁电感小的特点。为此，原边谐振补偿网络150和副边谐振补偿网络110还分别设置为复杂的复合型补偿网络形式，两者可以由补偿电容和补偿电感组成，可以是串联补偿电容或并联补偿电容等单器件补偿方式，也可以是LCL、LCC等多器件组合补偿方式来实现。松耦合变压器和两个谐振补偿网络组成无线充电***的谐振网络，该谐振补偿网络处于谐振匹配状态时，整个无线充电***的功能(例如输出功能大小、输出电压/电流范围等)和性能(例如效率指标等)等具有较好的工作特性；反之则相反。本实施例中，PFC120的输入为电网单相或三相电；PFC120可以由PFC120开关、二极管、电感等元器件来实现。PFC120可以采用有源PFC120或者无源PFC120来实现，PFC120可以是升压型PFC120，或者降压型PFC120，或者升降压型PFC120。PFC120将接入的交流电进行功率因素校正和整流，整流后的直流电输出至DC-DC130电路，并进而接入到逆变器140的输入端。逆变器140集成了四个功率开关管(S1～S4)，四个功率开关管组成两相逆变桥电路。其中，各功率开关管可以采用MOS管或者IGBT来实现。逆变器140用于实现DC/AC转换，也即把直流电转换成高频交流电，其工作频率为f0。DC-DC130电路可以采用BUCK降压电路来实现。基建控制器160可以采用DSP、单片机、FPGA等微处理器来实现，以实现对各自对应的电流、电压等信号进行采样和对基建侧的PFC120、DC-DC130电路、逆变器140，以及车载侧可控整流桥120进行相关的逻辑控制。其中，基建控制器160和车载控制器130可以通过无线的方式，例如蓝牙、WIFI等方式进行通讯连接。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种车载设备的频率锁定方法，应用于具有基建侧设备及车载设备的无线充电***中，所述车载设备包括可控整流桥，其特征在于，所述车载设备的频率锁定方法包括：
步骤S100、设置所述可控整流桥为短路状态；
步骤S200、获取所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻；
步骤S300、配置所述可控整流桥的驱动信号频率为第一预设频率，并获取所述驱动信号的过零点时刻；
步骤S400、计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值；
步骤S500、根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率，以使所述驱动信号的频率满足锁定条件；
在所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值小于预设阈值，增大所述驱动信号的频率，以使得|Ti+m|≤Tmin，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；
在所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值大于预设阈值，减小所述驱动信号的频率，以使得|Ti+m|≤Tmin，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；
其中，Tmin为预设最小阈值，Ti+m为所述可控整流桥的电流过零点时刻tj+m与所述驱动信号的过零点时刻ti+m的差值；Tmax为所述驱动信号的一个周期的时间；
步骤S600、根据调节后的所述驱动信号的频率对所述可控整流桥的驱动信号频率进行锁定。
2.如权利要求1所述的车载设备的频率锁定方法，其特征在于，获取的所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻的数量为M个；
获取所述驱动信号的过零点时刻与所述可控整流桥输入端接入的电流过零点时刻的数量对应；
所述计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值的步骤包括：
依次计算获取到的M个所述计算所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值，并分别记为Ti＝ti-tj、Ti+1＝ti+1-tj+1……Ti+m＝ti+m-tj+m；
所述步骤S500、根据所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值调节所述驱动信号的频率，以使所述驱动信号的频率满足锁定条件包括：
根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续增大时，减小所述驱动信号的频率，以使得任意|Ti+m|≤Tmin，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；
根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续减小时，增加所述驱动信号的频率，以使得任意|Ti+m|≤Tmin；
其中，Tmin为预设最小阈值；Ti+m-1为所述可控整流桥的电流过零点时刻tj+m-1与所述驱动信号的过零点时刻ti+m-1的差值。
3.如权利要求2所述的车载设备的频率锁定方法，其特征在于，所述根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续增大具体包括：
在任意连续数量的Ti+m＜Ti+m+1，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax时，确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值持续增大；
根据M个所述可控整流桥的电流过零点时刻与所述驱动信号的过零点时刻的差值确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值的变化趋势为持续减小具体包括：
在任意连续数量的Ti+m＞Ti+m+1，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax时，确定所述电流过零点时刻与所述驱动信号过零点时刻的差值持续减小；其中，Tmax为所述驱动信号的一个周期的时间。
4.如权利要求2所述的车载设备的频率锁定方法，其特征在于，所述驱动信号的频率满足锁定条件包括：
在预设时间内，任意m个|Ti+m|≤Tmin，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；
或者，在连续N次调节所述驱动信号的频率中，任意n个|Ti+m|≤Tmin，且|Ti+m-Ti+m-1|＜Tmax；m≤M。
5.如权利要求3所述的车载设备的频率锁定方法，其特征在于，Tmin由以下公式计算得：
Tmin＝ftolerate/f0 2；
其中，ftolerate为地面设备和车载设备的工作频率相差容忍值；f0为可控整流桥输入端接入的电流的频率。
6.如权利要求1至5任意一项所述的车载设备的频率锁定方法，其特征在于，所述车载设备的频率锁定方法还包括：
在预设时间内，当根据调节后的所述驱动信号的频率对所述可控整流桥的驱动信号的进行锁定未成功时，返回执行所述步骤S200。
7.如权利要求6所述的车载设备的频率锁定方法，其特征在于，所述车载设备具有频率锁定模式，在进入锁定模式之后，执行步骤S100-S600；当返回执行所述步骤S200的次数达到预设次数时，退出所述锁定模式；
当执行锁定模式过程中，成功锁定调节后的所述驱动信号的频率时，退出所述锁定模式。
8.一种车载设备，其特征在于，所述车载设备包括车载控制器、副边谐振网络及可控整流桥，所述副边谐振网络与所述可控整流桥的输入端连接，所述车载控制器与所述可控整流桥的受控端连接；所述车载控制器可运行车载设备的频率锁定程序，所述车载控制器执行所述车载设备的频率锁定程序时实现如权利要求1至7任意一项所述的车载设备的频率锁定方法。
9.一种无线充电***，其特征在于，所述无线充电***应用如权利要求1至7任意一项所述的车载设备的频率锁定方法。
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