CN112910046A - 一种移动式无线充电控制方法、装置以及无线充电*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式无线充电控制方法、装置以及无线充电***，应用于无线充电发射端，所述控制方法包括以下步骤：发射端控制器实时接收由接收端发送的负载等效电阻和占空比；并结合测得发射端DC/DC变换器输出的当前直流电压，得到发射线圈的当前互感，进而得到目标直流电压；调节发射端DC/DC变换器的电压值为目标直流电压值。实时调节发射端电压实现最大效率跟踪，同时也满足负载的恒流/恒压充电需求。

Description

一种移动式无线充电控制方法、装置以及无线充电***

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，特别涉及一种移动式无线充电控制方法、装置以及无线充电***。

背景技术

无线充电技术是一种非接触式的充电技术。以耦合线圈为中心，***分为发射端和接收端。目前在智能手机、智能家电和电动汽车领域应用广泛。无线充电分为移动式无线充电***与静态无线充电***。静态无线充电***发射与接收线圈相对静止，互感M不会变化，移动式无线充电***的互感M会变化。

现有技术中，针对静态无线充电***，有两种技术：有通信；无通信。

有通信方案，采用无线通信技术，将接收端参数发送到发射端，实现输出负载的恒压/恒流闭环控制。发射端也采用无线通信技术将数据发送到接收端，调节等效负载，实现最大效率跟踪。其中互感M不变，等效负载会变(电池等效电阻随充电时间而变化)，最大效率跟踪算法用于补偿R值。

无通信方案：发射端DC/DC输入电压固定，接收端输出功率固定，则发射端DC/DC输入电流与效率成反相关，及效率越高，输入电流越小。因此，可以检测该电流值，在***初始化过程中，发射端DC/DC输出电压由高到低进行扫描，知道其输入电流达到最小时，则此时为***效率最高的工作状态。优点：无需通信，不会出现丢包和干扰等问题，成本低。缺点：不适用于移动式无线充电***，对于静态充电***，可实现最大效率跟踪控制。

发明内容

针对现有技术中针对移动式无线充电无法实现最大效率跟踪控制的技术问题，本发明提供了一种移动式无线充电控制方法，该方法适用于移动式无线充电***，对于静态充电***，可实现最大效率跟踪控制。

本发明第二个目的是一种移动式无线充电控制装置。

本发明第三个目的是提供了一种移动式无线充电***。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种移动式无线充电控制方法，包括以下步骤：

接收负载等效电阻信号和接收端占空比信号；

结合测得的当前发射端直流电压值，经过互感辨识方法得到发射端互感，进而通过最优输入电压方法计算得到目标发射端直流电压值；

调节当前发射端直流电压值为目标直流电压值进行充电。

作为本发明的进一步改进，所述负载等效电阻信号和占空比信号是通过获取输出的负载电压和负载电流计算得到。

作为本发明的进一步改进，所述互感辨识方法的函数表达为：

其中，M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端DC/DC占空比，R_s为接收端线圈内阻，R_L为负载等效电阻，U_L为负载两端电压，U_s为发射端逆变器输入电压。

作为本发明的进一步改进，所述最优输入电压计算函数表达为：

其中，U_{s_dc}为逆变器最优输入电压，R_{l_ηmax}是最优等效负载；M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端DC/DC占空比，R_s为接收端线圈内阻。

作为本发明的进一步改进，所述负载等效电阻信号和占空比信号通过无线通信实时接收得到。

一种移动式无线充电控制装置，包括：

接收单元，用于负载等效电阻信号和接收端占空比信号；

计算单元，用于结合测得的发射端直流电压值，经过互感辨识方法得到发射端互感，进而通过最优输入电压方法计算得到目标发射端直流电压值；

调节单元，用于调节发射端直流电压值为目标直流电压值进行充电。

作为本发明的进一步改进，所述接收单元接收的负载等效电阻信号和占空比信号是通过获取输出的负载电压和负载电流计算得到。

作为本发明的进一步改进，所述互感辨识方法的函数表达为：

其中，M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端DC/DC占空比，R_s为接收端线圈内阻，R_L为负载等效电阻，U_L为负载两端电压，U_s为发射端逆变器输入电压。

作为本发明的进一步改进，所述最优输入电压计算函数表达为：

其中，U_{s_dc}为逆变器最优输入电压，R_{l_ηmax}是最优等效负载；M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端DC/DC占空比，R_s为接收端线圈内阻。

一种移动式无线充电***，包括所述的无线充电控制装置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

采用本发明控制方法能够在移动式无线充电***中，无需增加硬件结构，仅需要通过接收端设计输出闭环控制，并将必要数据发送到发射端，发射端通过接收到的数据与自身测量的数据，来计算某时刻的互感值，进而可计算出最大效率时所需要的发射端电压，实时调节发射端电压实现最大效率跟踪，同时也满足负载的恒流/恒压充电需求。

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获得其他的附图。

图1为一个典型的无线充电***原理图；

图2为效率和互感、负载的关系图；

图3为以LCC-S补偿网络为目标原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。

下面将结合附图及具体的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的范围。

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

对于图1所示的一个典型的无线充电***，可建立回路方程：

其中，M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端DC/DC占空比，R_s为接收端线圈内阻，R_L为负载等效电阻，U_L为负载两端电压，U_s为发射端逆变器输入电压。

通过计算，可以获得各回路的表达式，其中，效率的表达式为：

对于一个无线充电***，线圈内阻、频率都是固定的，但是互感和负载(此处是等效负载)是不确定的，效率和互感、负载的关系有图2，由图2可知，当***处于静态充电时，互感不会变化，因此，影响效率的就是等效负载，因此接收端加入DC/DC变换器，可调整等效负载值，但为了实现负载恒流、恒压充电，还需要改变***的输入电压，因此发射端也要加入一个DC/DC变换器，来改变***的输入电压。

本发明实现移动式无线充电***的最大效率跟踪方法的无线充电***的效率主要与互感M和负载等效电阻R_L有关，参考图2。静态无线充电***，互感是固定不变的，而等效电阻R_L是变化的，而移动式无线充电***中，两者都会变化。进而提出本申请的技术方案。

如图3所示，本发明的实现方案具体为：

第一个目的是提供一种移动式无线充电控制方法，应用于无线充电发射端，所述无线充电发射端包括发射端DC/DC变换器、发射线圈、逆变器以及发射端控制器，所述发射线圈连接所述逆变器，所述控制方法包括以下步骤：

发射端控制器实时接收由接收端控制器发送的负载等效电阻和接收占空比；

并结合测得发射端DC/DC变换器输出的当前直流电压值，通过互感辨识方法计算得到发射线圈的当前互感，进而通过最优输入电压方法得到目标直流电压；

调节发射端DC/DC变换器的发射端直流电压值为目标直流电压值，进行新一轮充电。

其中，负载等效电阻和占空比是通过获取接收端实时输出的电流和电压计算得到。

进一步，发射端控制器通过无线通信网络实时接收由接收端发送的负载等效电阻和占空比。

本发明还提供一种移动式无线充电控制装置，应用于无线充电发射端，所述无线充电发射端包括发射端DC/DC变换器、发射线圈、逆变器以及发射端控制器，所述发射线圈连接所述逆变器，

所述控制装置包括：

接收单元，用于发射端控制器实时接收由接收端发送的负载等效电阻和占空比；

计算单元，用于结合测得发射端DC/DC变换器输出的当前直流电压，得到发射线圈的当前互感，进而得到目标直流电压；

调节单元，用于调节发射端DC/DC变换器的电压值为目标直流电压值。

本发明的一种移动式无线充电***，包括所述的无线充电控制装置。具体的包括发射端和接收端，无线充电发射端包括发射端DC/DC变换器、发射线圈、逆变器以及发射端控制器，所述发射端DC/DC变换器、逆变器以及发射线圈依次连接，发射端控制器控制连接发射端DC/DC变换器和逆变器；

无线充电接收端包括接收DC/DC变换器、接收线圈、整流器以及接收端控制器，整流器、接收DC/DC变换器、接收线圈依次连接，接收端控制器控制连接接收DC/DC变换器，并采集接收DC/DC变换器的输出电压和电流；

接收端控制器获取实时输出的电流和电压，并计算得到负载等效电阻和占空比，进而发送至发射端控制器，形成闭环控制。

发射端控制器实时接收由接收端发送的负载等效电阻和占空比；并结合测得发射端DC/DC变换器输出的当前发射直流电压，得到发射线圈的当前互感，进而得到目标直流电压；调节发射端DC/DC变换器的发射电压值为目标发射端直流电压值。

以下结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细说明。

实施例

本发明实施例结合图3进行说明，其中，接收端设计输出闭环控制，并将必要数据发送到发射端，发射端通过接收到的数据与自身测量的数据，来计算某时刻的互感值M，进而可计算出最大效率时所需要的发射端电压。

采用本发明能够在移动式无线充电***中，实现最大效率跟踪，同时也满足负载的恒流/恒压充电需求。

本发明方法以LCC-S补偿网络为目标。如图1，其中效率为：

对效率求导有：

可以看出最大效率时等效负载仅仅与M有关，Rs和Rp为可测量的固定值。

可推算出的两个如下公式：

互感(即互感辨识)计算公式为：

其中，M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端DC/DC占空比，R_s为接收端线圈内阻，R_L为负载等效电阻，U_L为负载两端电压，U_s为发射端逆变器输入电压。

最大效率时候的发射端电压值(即最优输入电压)公式为：

其中，U_{s_dc}为逆变器最优输入电压，R_{l_ηmax}是最优等效负载；M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端DC/DC占空比，R_s为接收端线圈内阻。

据此，本申请提供一种移动式无线充电***最大效率跟踪控制框原理如图3所示移动式无线充电***，包括所述的无线充电控制装置。具体的包括发射端和接收端，无线充电发射端包括发射端DC/DC变换器、发射线圈L_P、逆变器以及发射端控制器，所述发射端DC/DC变换器、逆变器以及发射线圈依次连接，发射端控制器控制连接发射端DC/DC变换器和逆变器；

优选的，发射端DC/DC变换器为Buck变换器。

无线充电接收端包括接收DC/DC变换器、接收线圈L_S、整流器以及接收端控制器，整流器、接收DC/DC变换器、接收线圈依次连接，接收端控制器控制连接接收DC/DC变换器，并采集接收DC/DC变换器的输出电压和电流；

优选的，接收DC/DC变换器为Buck-Boost变换器，整流器为不控整流器。

图3中，接收端设计闭环控制***实现恒流/恒压输出，并将等效负载R1和占空比d2发送到发射端，通过测量Us_dc，计算出此时的互感M值，然后通过测量出的互感，通过上述公式再计算出所需要的Us_dc’，发射端调节DC/DC变换器(图中为直流-直流变换器)，令Us_dc＝Us_dc’。既可以进行新一轮的充电过程，持续调节实现动态平衡。

其中，经过最有输入电压计算得到的Us_dc’输入PI控制器控制Boost变换器，

采用本发明的控制方法通过接收端设计输出闭环控制，并将必要数据发送到发射端，发射端通过接收到的数据与自身测量的数据，来计算某时刻的互感值，进而可计算出最大效率时所需要的发射端电压，实时调节发射端电压实现最大效率跟踪，同时也满足负载的恒流/恒压充电需求。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种移动式无线充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收负载等效电阻信号和接收端占空比信号；

结合测得的当前发射端直流电压值，经过互感辨识方法得到发射端互感，进而通过最优输入电压方法计算得到目标直流电压值；

调节当前发射端直流电压值为目标直流电压值。

2.根据权利要求1所述的移动式无线充电控制方法，其特征在于，所述负载等效电阻的阻值是通过获取负载电压和负载电流计算得到。

3.根据权利要求1所述的移动式无线充电控制方法，其特征在于，所述互感辨识方法的函数表达为：

其中，M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端DC/DC占空比，R_s为接收端线圈内阻，R_L为负载等效电阻，U_L为负载电压，U_s为发射端逆变器输入电压。

4.根据权利要求1所述的移动式无线充电控制方法，其特征在于，所述最优输入电压计算函数表达为：

其中，U_{s_dc}为逆变器最优输入电压，R_{l_ηmax}是最优等效负载；M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端占空比，R_s为接收端线圈内阻。

5.根据权利要求1所述的移动式无线充电控制方法，其特征在于，所述负载等效电阻信号和接收端占空比信号通过无线通信实时接收得到。

6.一种移动式无线充电控制装置，其特征在于，包括：

接收单元，用于负载等效电阻信号和接收端占空比信号；

计算单元，用于结合测得的发射端直流电压值，经过互感辨识方法得到发射端互感，进而通过最优输入电压方法计算得到目标发射端直流电压值；

调节单元，用于调节发射端直流电压值为目标直流电压值。

7.根据权利要求6所述的移动式无线充电控制装置，其特征在于，所述接收单元接收的负载等效电阻信号和接收端占空比信号是通过获取输出的负载电压和负载电流计算得到。

8.根据权利要求6所述的移动式无线充电控制装置，其特征在于，所述互感辨识方法的函数表达为：

其中，M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端DC/DC占空比，R_s为接收端线圈内阻，R_L为负载等效电阻，U_L为负载电压，U_s为发射端逆变器输入电压。

9.根据权利要求6所述的移动式无线充电控制装置，其特征在于，所述最优输入电压计算函数表达为：

其中，U_{s_dc}为逆变器最优输入电压，R_{l_ηmax}是最优等效负载；M为互感，L₁为LCC补偿网络的电感值，d₂为接收端占空比，R_s为接收端线圈内阻。

10.一种移动式无线充电***，其特征在于，包括如权利要求6至9任一项所述的无线充电控制装置。

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