一种四自由度双向无线电能传输系统双参数监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种双向无线电能传输系统参数监测平台，尤其适用于对系统关键参 数进行实时监测的能量双向流动的无线电能传输领域。
【背景技术】
[0002] 双向无线电能传输系统由于其能够实现能量的双向流动，因而在1侧和2侧具有对 等的拓扑，特别适用于电动汽车之间的无线供电。由于电动汽车车载电池的储能有限，当能 量无线传输至另一电动汽车时，必须要有较高的功率因数和传输效率。而使系统能够在较 高的功率因数和传输效率下进行能量互动，运与对影响系统功率因数和传输效率关键参数 的实时监测密不可分。只有实时掌握影响系统功率因数和传输效率关键参数的动态变化才 能做出相应的控制措施使得系统在运行过程中始终具有较高的功率因数和传输效率。
[0003] 迄今为止，还未出现一种能够对系统关键参数进行实时监测的简单方法。目前，出 现的参数监测方式大都是在需要监测的关键参数处装设检测装置，并通过通信设备传输监 测参数。运无疑增加了系统的设计难度和复杂度，同时也增加了系统的总体技术成本和经 济成本。
【发明内容】
[0004] 发明目的：针对上述现有技术，提出一种四自由度双向无线电能传输系统双参数 监测方法，对双向无线电能传输系统1侧控制器输出电压Uab和2侧控制器输出电压Ucd的电 压比和相角差变化进行实时监测。
[000引技术方案:一种四自由度双向无线电能传输系统双参数监测方法，所述双向无线 电能传输系统包括相对平行设置的1侧谐振线圈Tx和2侧谐振线圈Rx,所述谐振线圈Tx和Rx 均为半径均为r的圆形线圈，线圈应数均为N;所述双参数监测方法基于的监测平台包括串 联的圆形监测线圈和监测电阻，所述圆形监测线圈设置在谐振线圈Tx和Rx中间位置，所述监 测线圈的半径为（1 /3~1 /2)r，应数n满足N: n = 3~5:1，监测电阻的阻值R满足R: O L = 10~ 15:1，CO为系统的谐振角频率，L为监测线圈电感值；W所述谐振线圈Tx和谐振线圈Rx圆屯、连 线的中点为原点，建立空间直角坐标系，监测线圈的位置为:沿X轴或Z轴偏移，或W原点为 中屯、绕Z轴旋转偏移，或W原点为中屯、绕X轴旋转偏移；
[0006] 所述双参数监测方法包括对双向无线电能传输系统1侧控制器输出电压Uab和2侧 控制器输出电压化d的电压比和相角差进行监测，包括如下步骤：
[0007] 首先，根据监测平台的设置计算出监测线圈与谐振线圈Tx、Rx的互感分别为Mi和 M2;在双向无线电能传输系统运行时，控制化d保持在某一电压值，获取监测电阻两端的电压 波形；然后WUcd为基准，对电压波形进行傅里叶变换，得到所述监测电阻的电压相量 & 化&Z糾此Z0,其中目为电压Uab和电压Ucd之间的相角差，系数ki= O2MiCi,系数k2= ? 2M2C2，Ci、C2分别为双向无线电能传输系统1侧和2侧的IXL型谐振网络中的电容值，并满足Cl =〇2；
[000引对所述电压相量的进行处理:定义相量另=Air.,,,z0十/;,ZO ^公Zd，则相量i的幅 值
，s为其相角；由于ki = k2，则定义相量技=会/({/。,；)，其幅值
，相量占 I与B'的相角 一致，则
，其中O = Uab/化d，O即为电压Uab和电压化d的电压比；实时监测 B'和S的变化即可实现对相角差0和电压比O的变化的实时监测。
[0009] 有益效果:本发明的一种四自由度双向无线电能传输系统双参数监测方法，对影 响系统功率因数和传输效率的关键参数进行实时在线监测来掌握其动态变化，为系统在较 高的功率因数和传输效率下进行能量互动提供了一定的保证。
[0010] 本发明的特点是利用放置在1、2侧谐振线圈中间点处的监测线圈及与之串联的监 测电阻作为监测平台本身，W监测线圈与两个谐振线圈的互感为媒介来获取系统变换器1、 2侧变换器输出电压的幅值比和相位差，具体是通过监测电阻的电压相量来间接反映。监测 线圈的位置相对原点偏移并在上述的四自由度内时，其任意方向下互感的变化对监测系统 两侧电压比没有任何精度上的影响。同时，监测线圈的半径设为（1/3~l/2)r，应数为n?N， 较小的线圈半径即应数是为了保证相对较高的监测精度，同时降低监测线圈的引入给双向 无线电能传输系统本身带来不利影响；同时为了尽可能减少监测电阻的耗能，R〉〉《 L。
[0011] 本发明所设计的参数监测平台具有结构简单，监测参数多，多自由度，对系统不利 影响小的特点，而且能够在不增加系统设计难度的前提下进行应用，避免了目前采用装设 检测装置测量参数的方法，解决了双向无线电能传输系统多参数在线实时监测的问题，能 够在参数变化较大范围内对其进行监测，同时参数监测结果具有较高的精度。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明方法基于的监测平台的电气原理图；
[0013] 图2为谐振线圈和监测线圈的放置图；
[0014] 图3为监测线圈沿X轴偏移的结构图；
[0015] 图4为监测线圈沿Z轴偏移的结构图；
[0016] 图5为监测线圈绕Z轴旋转偏移的结构图；
[0017] 图6为监测线圈绕X轴做旋偏移的结构图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0019] 图1为双向无线电能传输系统结构及参数监测电路图。1侧包括电池 VI、变换器1、 IXL型谐振网络、控制器1;变换器1为单相全桥可逆整流器，连接电池 Vl和LCL型谐振网络； IXL型谐振网络包括串联滤波电感Lm、并联电容CiW及线圈^1。2侧包括电池 V2、变换器2、控 制器2、LCL型谐振网络;变换器2为单相全桥可逆整流器，单相全桥可逆整流器连接电池2和 IXL型谐振网络;IXL型谐振网络包括串联滤波电感Ln、并联电容CsW及线圈L21，并将电容Cl 和C2值配置成一致。
[0020]在进行双向无线电能传输控制研究实验时，拓扑结构中的线圈和线圈L21分别 对应图2中1侧的圆形谐振线圈Tx和2侧的圆形谐振线圈Rx,谐振线圈Tx和Rx具有相同的电气 参数及外形结构，其线圈半径均为r，线圈应数均为N。谐振线圈Tx和谐振线圈Rx相对并同轴 设置，两者距离为d。
[0021 ] 检测平台包括串联的监测线圈和监测电阻；监测线圈也为圆形，其半径为（1/3~ 1 /2 )r