用於感應電力傳輸的雙側控制的製作方法
2023-11-02 10:11:07 1
用於感應電力傳輸的雙側控制的製作方法
【專利摘要】一種用於雙側控制的設備，該設備包括測量IPT系統104的電壓和電流的測量模塊202。該電壓包括輸出電壓和/或輸入電壓，並且該電流包括輸出電流和/或輸入電流。該輸出電壓和該輸出電流是在IPT系統104的輸出處測得的，並且該輸入電壓和該輸入電流是在IPT系統104的輸入處測得的。該設備包括確定IPT系統104的最大效率的最大效率模塊204。該最大效率模塊使用IPT系統104的參數來迭代至最大效率。該設備包括調整IPT系統104中的一個或多個參數使之與由最大效率模塊204計算出的該最大效率相一致的調整模塊206。
【專利說明】用於感應電力傳輸的雙側控制
[0001]對相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求保護並且由Hunter Wu等人於2012年I月23日提交的標題為「WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM AND METHODS」 的美國臨時專利申請第 61/589，599 號的權益，上述申請出於全部目的通過引用合併到本文中。將由Hunter Wu等人於2013年I月23日提交的標題為「SWITCH WEAR LEVELING」的美國專利申請第13/748，074號以及由Hunter Wu 等人於 2013 年 I 月 23 日提交的標題為「WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM」的美國臨時專利申請第13/748，269號出於全部目的通過引用合併到本文中。
【技術領域】
[0003]本發明涉及對開關電力供應的控制，並且更具體地涉及對感應電力傳輸(「IPT」)系統中的開關電力供應的控制。
【發明內容】
[0004]一種用於雙側控制的設備，該設備包括測量IPT系統的電壓和電流的測量模塊。該電壓包括輸出電壓和/或輸入電壓，並且該電流包括輸出電流和/或輸入電流。該輸出電壓和該輸出電流是在該IPT系統的輸出處測得的，並且該輸入電壓和該輸入電流是在該IPT系統的輸入處測得的。該設備包括確定該IPT系統的最大效率的最大效率模塊。該最大效率模塊使用該IPT系統的參數來迭代至最大效率。該設備包括調整該IPT系統中的一個或多個參數使之與由該最大效率模塊計算出的該最大效率相一致的調整模塊。
[0005]在一個實施方式中，該IPT系統包括第一級和第二級，該第一級無線地傳送能量，並且該第二級接收無線地傳輸的能量並且控制經由輸出母線向一個或多個負載的能量傳輸。輸出電壓和輸出電流是在該輸出母線上測得的。在另一實施方式中，該第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且該第二級包括次級諧振電路、次級整流電路和/或次級去耦電路。在另一實施方式中，至少一個負載包括能量存儲裝置。
[0006]在一個實施方式中，由調整模塊調整了的一個或多個參數包括調整第二級的佔空比的佔空比基準和/或調整第一級的導通角的導通角基準。在又一實施方式中，調整佔空比基準的和/或導通角基準的調整模塊是外控制環的部分，其中，第一級包括基於導通角基準控制導通角的第一級內環並且第一級內環比外環控制更快地控制導通角，並且/或者第二級包括基於佔空比基準控制佔空比的第二級內環並且第二級內環比外環控制更快地控制佔空比。
[0007]在一個實施方式中，最大效率模塊通過使用一個或多個變量進行迭代來確定最大效率。該一個或多個變量包括:第一級的導通角，第二級的佔空比，間隙的尺寸，其中IPT系統跨該間隙無線地傳輸電力，初級接收器墊和次級接收器墊的失準，其中IPT系統從初級接收器墊向次級接收器墊無線地傳輸電力，被傳輸至該一個或多個負載的電力和/或品質因數。
[0008]在一個實施方式中，該最大效率模塊通過針對測得的電壓和電流確定至少第一級和第二級的效率來確定最大效率。在另一實施方式中，最大效率模塊確定最大效率，其中IPT系統的效率計算為η = nri.ncl.nr2.nb2.nc2o其中，n是ipt系統效率，L1是在無電壓降的情況下的第一級的效率；L1是在無線性電阻損耗的情況下的第一級的效率，nr2是第二級的次級諧振電路的效率，nb2是在無電壓降的情況下的第二級的次級整流電路和次級去耦電路的效率，並且L2是在有線性電阻損耗的情況下的第二級的次級整流電路和次級去耦電路的效率。
[0009]在另一實施方式中，其中，第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且次級去耦電路包括次級升壓轉換器，並且其中，被計算為:
【權利要求】
1.一種設備，包括: 測量模塊，所述測量模塊測量感應電力傳輸(「IPT」)系統的電壓和電流，所述電壓包括輸出電壓和輸入電壓中的一個或多個，所述電流包括輸出電流和輸入電流中的一個或多個，所述輸出電壓和所述輸出電流是在所述IPT系統的輸出處測得的，所述輸入電壓和所述輸入電流是在所述IPT系統的輸入處測得的； 最大效率模塊，所述最大效率模塊確定所述IPT系統的最大效率，所述最大效率模塊使用所述IPT系統的參數來迭代至最大效率；以及 調整模塊，所述調整模塊調整所述IPT系統中的一個或多個參數使之與由所述最大效率模塊計算出的所述最大效率相一致。
2.根據權利要求O所述的設備，其中，所述IPT系統包括第一級和第二級，其中，所述第一級無線地傳送能量，並且所述第二級接收無線地傳輸的能量並且控制經由輸出母線向一個或多個負載的能量傳輸，其中，所述輸出電壓和所述輸出電流是在所述輸出母線上測得的。
3.根據權利要求2所述的設備，其中，所述第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且所述第二級包括次級諧振電路、次級整流電路和次級去耦電路中的一個或多個。
4.根據權利要求3所述的設備，其中，至少一個負載包括能量存儲裝置。
5.根據權利要求2所述的設備，其中，由所述調整模塊調整了的所述一個或多個參數包括調整所述第二級的佔空比的佔空比基準和調整所述第一級的導通角的導通角基準中的一個或多個。
6.根據權利要求5所述的設備，其中，調整所述佔空比基準和所述導通角基準中的一個或多個的所述調整模塊包括外控制環，其中，以下中的一個或多個: 所述第一級包括基於所述導通角基準控制導通角的第一級內環，所述第一級內環比外環控制更快地控制導通角；以及 所述第二級包括基於所述佔空比基準控制佔空比的第二級內環，所述第二級內環比所述外環控制更快地控制佔空比。
7.根據權利要求2所述的設備，其中，所述最大效率模塊通過使用一個或多個變量進行迭代來確定所述最大效率，所述一個或多個變量包括: 所述第一級的導通角； 所述第二級的佔空比； 間隙的尺寸，所述IPT系統跨所述間隙無線地傳輸電力； 初級接收器墊和次級接收器墊的失準，所述IPT系統從所述初級接收器墊向所述次級接收器墊無線地傳輸電力； 被傳輸至所述一個或多個負載的電力；以及 品質因數。
8.根據權利要求2所述的設備，其中，所述最大效率模塊通過針對測得的電壓和電流確定至少所述第一級和所述第二級的效率來確定所述最大效率。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，所述最大效率模塊確定所述最大效率，其中所述IPT系統的效率被計算為:
rI — rIrl* rI cl * rI r2 * 11- b2 * Π。，其中， η是IPT系統效率； nrl是在無電壓降的情況下的所述第一級的效率； n cl是在無線性電阻損耗的情況下的第一級的效率； nr2是所述第二級的次級諧振電路的效率； nb2是在無電壓降的情況下的所述第二級的次級整流電路和次級去耦電路的效率；並且 打。2是在有線性電阻損耗的情況下的所述第二級的所述次級整流電路和所述次級去耦電路的效率。
10.根據權利要求9所述的設備，其中，所述第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且所述次級去耦電路包括次級升壓轉換器，並且其中，被計算為:
I
R11 + RbMzCf ((Λ? + Re(Zr)) + (-L1 + l?n(2r))) 1 fRe(Zr) 其中， Rli是初級接收器墊的等價串聯電阻(「ESR」)，所述IPT系統從所述初級接收器墊向次級接收器墊無線地傳輸電力； Rb是所述第一級的所述LCL負載諧振轉換器的橋電感器的ESR與在所述LCL負載諧振轉換器的半周期期間接通的開關裝置的線性接通電阻；ω是所述IPT系統的工作頻率； C1是所述LCL負載諧振電路的並聯調諧電容器的電容； Re(Zr)是所述第二級在所述第一級上的反射電阻； AL1是歸因於間隙的尺寸大小的所述初級接收器墊電感的改變，所述IPT系統跨所述間隙無線地傳輸電力；並且 Im(Zr)是所述第二級在所述第一級上的反射電抗。
11.根據權利要求10所述的設備，其中，所述第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且所述次級去耦電路包括次級升壓轉換器，並且其中，Zr被計算為:
Zr = Re (Zr)+j*Im (Zr) 其中 一、謹2 Q2^
— -...................._.................-.'2—
L.2.eq I + Qlva 並且 ,、ωΜ2 (Q2v \ 其中 M是所述IPT系統的所述初級接收器墊與所述次級接收器墊之間的互感； L2eq是在有串聯調諧的情況下的等價次級接收器墊電感； Q2v是所述次級諧振電路的電壓品質因數；並且 α是所述次級諧振電路的歸一化去調諧電容比，所述歸一化去調諧電容比被定義為:
c2是所述次級諧振電路的並聯調諧電容器的電容；並且 Δ C2是歸因於所述次級接收器墊的自感的變化的次級調諧電容的等價改變。
12.根據權利要求11所述的設備，其中，M被計算為:
Vout是在所述輸出母線上測得的輸出電壓； 1ut是在所述輸出母線上測得的輸出電流； O是所述第一級的導通角；並且 D是所述第二級的所述次級升壓轉換器的佔空比。
13.根據權利要求9所述的設備，其中，所述第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且所述次級去耦電路包括次級升壓轉換器，並且其中，Hca被計算為:
其中 Vhs m是所述第一級的開關裝置的電壓降部分； ω是所述IPT系統的工作頻率； Lb是所述LCL負載諧振轉換器的橋電感； Pout是由所述IPT系統傳輸的輸出功率；並且 Re(Zr)是所述第二級在所述第一級上的反射電阻。
14.根據權利要求9所述的設備，其中，所述第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且所述次級去耦電路包括次級升壓轉換器，並且其中，L2被計算為:
其中 ω是所述IPT系統的工作頻率； C2是所述第二級的所述次級諧振電路的並聯調諧電容器的電容；Rl2是次級接收器墊的ESR，所述IPT系統從初級接收器墊向所述次級接收器墊無線地傳輸電力； Q2v是所述次級諧振電路的電壓品質因數；並且 α是所述次級諧振電路的歸一化去調諧電容比，所述歸一化去調諧電容比被定義為
Vout是在所述輸出母線上測得的輸出電壓； 1ut是在所述輸出母線上測得的輸出電流； L2eq是在有串聯調諧的情況下的等價次級接收器墊電感； D是所述第二級的所述次級升壓轉換器的佔空比；並且 Δ C2是歸因於所述次級接收器墊的自感的變化的次級調諧電容的等價改變。
15.根據權利要求9所述的設備，其中，所述第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且所述次級去耦電路包括次級升壓轉換器，並且其中，Hb2被計算為:
其中 ω是所述IPT系統的工作頻率； C2是所述第二級的所述次級諧振電路的並聯調諧電容器的電容； RLdc是DC電感器的ESR與在所述LCL負載諧振轉換器的半周期期間接通的開關裝置的線性接通電阻； Rbd_on是所述第二級的次級升壓轉換器的二極體的線性電阻；並且 Q2v是所述次級諧振電路的電壓品質因數， 其中
L2eq是在有串聯調諧的情況下的等價次級接收器墊電感； Vout是在所述輸出母線上測得的輸出電壓；1ut是在所述輸出母線上測得的輸出電流；並且 D是所述第二級的所述次級升壓轉換器的佔空比。
16.根據權利要求9所述的設備，其中，所述第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且所述次級去耦電路包括次級升壓轉換器，並且其中，L2被計算為:
其中 Vrd on是所述第二級的所述次級整流電路的二極體的電壓降部分； Vbd on是所述第二級的所述次級升壓轉換器的二極體的電壓降部分； D是所述第二級的所述次級升壓轉換器的佔空比；並且 Vout是所述第二級的所述次級諧振電路的DC輸出電壓。
17.—種系統,包括: 第一級，所述第一級包括初級接收器墊； 第二級，所述第二級包括次級接收器墊； 輸出電力母線，其中，所述第一級從所述初級接收器墊無線地傳送能量，並且所述第二級將無線地傳輸的能量接收於所述次級接收器墊中，所述第二級控制經由所述輸出母線向一個或多個負載的能量傳輸，所述第一級、所述第二級和所述輸出電力母線構成感應電力傳輸(「IPT」)系統的至少一部分； 測量模塊，所述測量模塊測量電壓和電流，所述電壓和電流是在所述輸出母線和至所述IPT系統的輸入中的一個或多個上測得的； 最大效率模塊，所述最大效率模塊確定所述IPT系統的最大效率，所述最大效率模塊使用所述IPT系統的參數來迭代至最大效率；以及 調整模塊，所述調整模塊調整所述IPT系統中的一個或多個參數使之與由所述最大效率模塊計算出的所述最大效率相一致。
18.根據權利要求17所述的系統，還包括能量存儲裝置，所述能量存儲裝置包括所述一個或多個負載中的負載。
19.根據權利要求18所述的系統，其中，所述能量存儲裝置向車輛提供電力，所述第二級和所述能量存儲裝置位於所述車輛上，當所述次級接收器墊與所述初級接收器墊至少部分地對準時，所述車輛從所述第一級無線地接收電力。
20.根據權利要求17所述的系統，其中，所述第一級包括整流器級，所述整流器級對作為輸入電力連接至所述第一級的交流(「AC」)電壓進行整流。
21.根據權利要求17所述的系統，其中，所述第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且所述第二級包括次級諧振電路、次級整流電路和次級升壓轉換器，並且其中，所述最大效率模塊確定所述最大效率，其中所述IPT系統的效率被計算為:
rI — rIrl* rI cl * rI r2 * 11- b2 * Π。，其中，
η是IPT系統效率； nrl是在無電壓降的情況下的所述第一級的效率； n cl是在無線性電阻損耗的情況下的第一級的效率； nr2是所述第二級的次級諧振電路的效率； nb2是在無電壓降的情況下的所述第二級的所述次級整流電路和所述次級升壓轉換器的效率；並且 打。2是在有線性電阻損耗的情況下的所述第二級的所述次級整流電路和所述次級升壓轉換器的效率。
22.—種方法,包括: 測量感應電力傳輸(「IPT」)系統的電壓和電流，所述電壓包括輸出電壓和輸入電壓中的一個或多個，所述電流包括輸出電流和輸入電流中的一個或多個，所述輸出電壓和所述輸出電壓是在所述IPT系統的輸出處測得的，所述輸入電壓和所述輸入電流是在所述IPT系統的輸入處測得的； 通過使用所述IPT系統的參數來迭代至最大效率來確定所述IPT系統的最大效率；以及 調整所述IPT系統中的一個或多個參數使之與計算出的所述最大效率相一致。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，所述IPT系統包括第一級和第二級，其中，所述第一級無線地傳送能量，並且所述第二級接收無線地傳輸的能量並且控制經由輸出母線向一個或多個負載的能量傳輸，其中，所述第一級包括LCL負載諧振轉換器，並且所述第二級包括次級諧振電路、次級整流電路和次級去耦電路中的一個或多個，並且其中，至少一個負載包括能量存儲裝置。
24.根據權利要求22所述的方法，其中，調整所述一個或多個參數包括調整佔空比基準和導通角基準中的一個或多個，所述佔空比基準調整所述第二級的佔空比，所述導通角基準調整所述第一級的導通角，並且其中，調整所述佔空比基準和所述導通角基準中的一個或多個包括外控制環，其中，以下中的一個或多個: 所述第一級包括基於所述導通角基準控制導通角的第一級內環，所述第一級內環比外環控制更快地控制導通角；以及 所述第二級包括基於所述佔空比基準控制佔空比的第二級內環，所述第二級內環比所述外環控制更快地控制佔空比。
25.根據權利要求22所述的方法，其中，確定所述最大效率包括通過使用一個或多個變量進行迭代來確定所述最大效率，所述一個或多個變量包括: 所述第一級的導通角； 所述第二級的佔空比； 間隙的尺寸，所述IPT系統跨所述間隙無線地傳輸電力； 初級接收器墊和次級接收器墊的失準，所述IPT系統從所述初級接收器墊向所述次級接收器墊無線地傳輸電力； 被傳輸至所述一個或多個負載的電力；以及 品質因數。
【文檔編號】H01F38/14GK104205263SQ201380015846
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年1月23日 優先權日:2012年1月23日
【發明者】亨特·吳, 基利·西利, 阿倫·吉爾克裡斯特 申請人:猶他州立大學