基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法
本发明属于无线电能传输控制方法，具体涉及基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法。
背景技术：
1、无线电能传输系统在电动汽车、便携式电子设备、无人机、医疗电子等充电领域得到了广泛关注，其中，全方向无线电能传输系统由于可以在一定范围内任意方向上实现电能的定向传输，解决了接收线圈与发射线圈间发生位置偏移时导致传输效率显著下降的问题，所以格外受到人们的重视。近年来，全方向无线电能传输系统的研究主要集中在线圈结构设计、补偿网络设计、接收线圈位置估计、最大效率点跟踪等。在线圈结构方面，由三相正交发射线圈和一个接收线圈组成的系统更具吸引力，在对三个发射线圈采用电流幅值控制时，三相发射线圈电流的频率及相位角保持一致，只需通过调节三个发射线圈的电流幅值，即可在空间中产生任意方向的定向磁场，该定向磁场对准接收线圈时，便可以获得最大的充电功率。
2、目前，对于基于三相正交发射线圈的全方向无线电能传输系统，最大功率点追踪、接收线圈位置估计以及抗偏移等研究较多，对这种线圈结构下的负载电池进行恒流充电控制方法的研究鲜有报道。因此，本发明提出基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，通过对电池充电电流闭环反馈控制和三相正交线圈电流幅值的间接控制，实现对电池的恒流充电。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，在实现全方向无线电能传输系统最大传输效率的同时，实现电池的恒流充电控制。
2、本发明所采用的技术方案是：基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，包括以下步骤：
3、步骤1、获取当前位置三相发射线圈与接收线圈之间的互感参数m1、m2、m3；
4、步骤2、基于互感参数m1、m2、m3计算总互感参数m；
5、步骤3、给定电池恒流充电电流的参考值iout*；
6、步骤4、获取电池充电电流iout，并将其与参考值iout*的差值送入pi控制器，得到三相发射线圈电流幅值之和的参考值ip*；
7、步骤5、基于参考值ip*及互感参数m1、m2、m3和总互感参数m计算得到三相发射线圈电流幅值的参考值i1p*、i2p*、i3p*，进一步计算得到三相同步buck变换电路输出平均电流的参考值ibuck1*、ibuck2*、ibuck3*；
8、步骤6、基于参考值ibuck1*、ibuck2*、ibuck3*同时对三相同步buck变换电路的输出电流分别进行闭环控制；
9、步骤7、对三相全桥逆变器采用固定开关频率、恒定50％占空比驱动信号同时运行。
10、本发明的特点还在于，
11、步骤2中通过式(1)计算总互感参数m：
12、m1+m2+m3＝m (1)。
13、步骤5中参考值i1p*、i2p*、i3p*的计算方式如式(7)所示：
14、
15、步骤5中参考值ibuck1*、ibuck2*、ibuck3*的计算方式如式(8)所示：
16、
17、步骤6具体为：
18、对于发射线圈1的同步buck变换电路，将参考值ibuck1*与实际反馈电流平均值ibuck1间的差值送入对应的pi控制器中，计算得到调制比duty1，将duty1与公共的载波进行比较，产生占空比为d1的驱动信号去控制开关管qbuck1_1动作，对开关管qbuck1_1的驱动信号取非逻辑，得到与其互补且占空比为1-d1的驱动信号去控制开关管qbuck1_2；
19、对于发射线圈2的同步buck变换电路，将参考值ibuck2*与实际反馈电流平均值ibuck2间的差值送入对应的pi控制器中，计算得到调制比duty2，将duty2与公共载波进行比较，产生占空比为d2的驱动信号去控制开关管qbuck2_1动作，对开关管qbuck2_1的驱动信号取非逻辑，得到与其互补且占空比为1-d2的驱动信号去控制开关管qbuck2_2；
20、对于发射线圈3的同步buck变换电路，将参考值ibuck3*与实际反馈电流平均值ibuck3间的差值送入对应的pi控制器中，计算得到调制比duty3，将duty3与公共的载波进行比较，产生占空比为d3的驱动信号去控制开关管qbuck3_1动作，对开关管qbuck3_1的驱动信号取非逻辑，得到与其互补且占空比为1-d3的驱动信号去控制开关管qbuck3_2。
21、步骤7具体为：
22、对于发射线圈1对应的全桥逆变器，开关管q11和q14驱动脉冲信号相同，采用固定开关频率、恒定50％占空比的驱动脉冲信号，开关管q12和q13的驱动脉冲信号与开关管q11和q14的驱动脉冲信号相位相差180°；
23、对于发射线圈2对应的全桥逆变器，开关管q21和q24驱动脉冲信号相同，与开关管q11和q14驱动脉冲信号相同，开关管q22和q23的驱动脉冲信号与开关管q12和q13的驱动脉冲信号相同；
24、对于发射线圈3对应的全桥逆变器，开关管q31和q34驱动脉冲信号相同，与开关管q11和q14驱动脉冲信号相同，开关管q32和q33的驱动脉冲信号与开关管q12和q13的驱动脉冲信号相同。
25、步骤7结束后返回步骤1。
26、本发明的有益效果是：本发明的基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，在线圈间传输效率最大时，全方向无线电能传输系统在三相发射线圈中电流幅值之间的比例关系等于三相发射线圈与接收线圈间互感的比例关系，而此时三相发射线圈中电流幅值之间的比例关系又等于三相同步buck变换电路开关管的占空比之间的比例关系，由此可知三相同步buck变换电路开关管的占空比之间的比例关系等于三相发射线圈与接收线圈间互感的比例关系，利用上述规律，仅需采样电池电流和同步buck变换电路的输出电流，通过控制三相发射单元的同步buck变换电路的占空比，就可以在实现全方向无线电能传输系统最大传输效率的同时，实现电池的恒流充电控制。本发明控制方法易于实现，充电电流控制精度高。
技术特征：
1.基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，其特征在于，所述步骤2中通过式(1)计算总互感参数m：
3.如权利要求1所述的基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，其特征在于，所述步骤5中参考值i1p*、i2p*、i3p*的计算方式如式(7)所示：
4.如权利要求1所述的基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，其特征在于，所述步骤5中参考值ibuck1*、ibuck2*、ibuck3*的计算方式如式(8)所示：
5.如权利要求1所述的基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，其特征在于，所述步骤6具体为：
6.如权利要求1所述的基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，其特征在于，所述步骤7具体为：
7.如权利要求1所述的基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，其特征在于，所述步骤7结束后返回步骤1。
技术总结
本发明公开的基于全方向无线电能传输系统的电池恒流充电控制方法，在已知三相发射线圈与接收线圈间互感参数的前提下，通过蓝牙通信反馈电池充电电流，以及采样同步Buck变换电路的输出电流，由电池电流闭环控制得到三相发射线圈的总电流幅值，按照三相发射线圈与接收线圈间互感的比例关系和总电流幅值来设定每相发射线圈的电流幅值，分别对三个发射线圈电流幅值进行闭环控制，从而实现对电池的恒流充电控制。本发明仅需采样电池电流和同步Buck变换电路的输出电流，通过控制三相发射单元的同步Buck变换电路的占空比，就可以在实现全方向无线电能传输系统最大传输效率的同时，实现电池的恒流充电控制，易于实现，充电电流控制精度高。
技术研发人员：任碧莹,孙向东,赵记锋,陈泽驰,陈桂涛
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23