阅读说明：本技术 无线充电系统中参数补偿方法及无线充电系统 (Parameter compensation method in wireless charging system and wireless charging system ) 是由 杨福源 石秉坤 *** 刘玮 胡超 罗勇 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种无线充电系统中参数补偿方法及无线充电系统。上述无线充电系统,包括发射电路和与所述发射电路无线连接的接收电路。所述接收电路包括接收线圈、第一补偿电路以及第二补偿电路。所述接收线圈、所述第一补偿电路以及所述第二补偿电路依次电连接后,所述接收线圈的一端与所述发射电路无线连接。通过所述第二补偿电路可以改善无线充电系统的导纳增益曲线,减小所述接收电路中的接收电流的间谐波频率的幅值,进而提高所述无线充电系统的稳定性。(The application relates to a parameter compensation method in a wireless charging system and the wireless charging system. The wireless charging system comprises a transmitting circuit and a receiving circuit which is wirelessly connected with the transmitting circuit. The receiving circuit comprises a receiving coil, a first compensation circuit and a second compensation circuit. After the receiving coil, the first compensation circuit and the second compensation circuit are electrically connected in sequence, one end of the receiving coil is wirelessly connected with the transmitting circuit. The admittance gain curve of the wireless charging system can be improved through the second compensation circuit, the amplitude of inter-harmonic frequency of receiving current in the receiving circuit is reduced, and the stability of the wireless charging system is further improved.)

无线充电系统中参数补偿方法及无线充电系统

技术领域

本申请涉及无线电能传输技术领域，特别是涉及一种无线充电系统中参数补偿方法及无线充电系统。

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：1)、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系统的原、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；2)、在汽车充电全过程中，对充电电压/电流的需求是动态变化的，因此无线充电系统需要响应和满足汽车的充电需求。

副边可控整流方案能够较好的解决上述工程应用问题，但是传统的可控整流桥输入电流会存在一定的振荡问题。该振荡不仅会使器件承受更高的电流或电压应力，而且会影响到系统的稳定性和效率。

发明内容

基于此，有必要针对传统无线充电系统中的车辆端控制存在的电流振荡的问题，提供一种无线充电系统中参数补偿方法及无线充电系统。

一种无线充电系统中参数补偿方法，所述无线充电系统包括发射电路和与所述发射电路无线连接的接收电路，所述方法包括：

S10，预估所述接收电路的输入信号的频率范围；

S20，对所述无线充电系统进行阻抗分析，在所述频率范围内，获取导纳增益特性曲线，并从所述导纳增益特性曲线中获取基准高增益点，进而获取基准谐波增益；

S30，提供第二补偿电路模型，将所述第二补偿电路模型与所述接收电路连接，并对所述第二补偿电路模型的电参数进行N次调节，所述N为大于或等于1的正整数；

S40，在每一个所述第二补偿电路模型的电参数下，对所述无线充电系统再次进行阻抗分析，以获取N个谐波增益；

S50，从N个所述谐波增益中选取小于所述基准谐波增益的值，作为目标谐波增益，根据所述目标谐波增益对应的所述第二补偿电路模型的电参数，以获得第二补偿电路，对所述接收电路进行参数补偿。

在其中一个实施例中，所述S50，从N个所述谐波增益中选取小于所述基准谐波增益的值，作为目标谐波增益，根据所述目标谐波增益对应的所述第二补偿电路模型的电参数，以获得第二补偿电路，对所述接收电路进行参数补偿的步骤包括：

从所述目标谐波增益中选取最小值，所述最小值对应的所述电参数为所述第二补偿电路模型的最优参数；

根据所述最优参数，以获得第二补偿电路，对所述接收电路进行参数补偿。

在其中一个实施例中，所述S10，预估所述接收电路的输入信号的频率范围的步骤包括：

根据所述接收电路的输入信号的采样误差及控制误差或根据经验值，预估所述接收电路的输入信号的频率范围。

在其中一个实施例中，所述S30，提供第二补偿电路模型，将所述第二补偿电路模型与所述接收电路连接，并对所述第二补偿电路模型的电参数进行N次调节，所述N为大于或等于1的正整数的步骤包括：

提供第二补偿电路模型，将所述第二补偿电路模型与所述接收电路连接，并对所述第二补偿电路模型的电容参数、电感参数或者电容参数和电感参数进行N次调节。

一种无线充电系统中参数补偿方法，所述无线充电系统包括发射电路和与所述发射电路无线连接的接收电路，所述方法包括：

S100，当所述无线充电系统发生振荡时，对所述接收电路的输入信号进行傅里叶分析，以获取间谐波频率分量的基准振荡幅值，进而获取基准间谐波振荡；

S200，提供第二补偿电路模型，将所述第二补偿电路模型与所述接收电路连接，并对所述第二补偿电路模型的电参数进行N次调节，所述N为大于或等于1的正整数；

S300，在每一个所述第二补偿电路模型的电参数下，对所述输入信号再次进行傅里叶分析，以获取N个间谐波振荡；

S400，从N个所述间谐波振荡中选取小于所述基准间谐波振荡的值，作为目标间谐波振荡，根据所述目标间谐波振荡对应的所述第二补偿电路模型的电参数，以获得第二补偿电路，对所述接收电路进行参数补偿。

在其中一个实施例中，所述S100，当所述无线充电系统发生振荡时，对所述接收电路的输入信号进行傅里叶分析，以获取间谐波频率分量的基准振荡幅值，进而获取基准间谐波振荡的步骤之前包括：

获取所述输入信号的波形；

根据所述波形的形态，判断所述无线充电系统是否发生振荡。

在其中一个实施例中，所述S400，从N个所述间谐波振荡中选取小于所述基准间谐波振荡的值，作为目标间谐波振荡，根据所述目标间谐波振荡对应的所述第二补偿电路模型的电参数，以获得第二补偿电路，对所述接收电路进行参数补偿的步骤包括：

从所述目标间谐波振荡中选取最小值，所述最小值对应的所述电参数为所述第二补偿电路模型的最优参数；

根据所述最优参数，以获得第二补偿电路，对所述接收电路进行参数补偿。

在其中一个实施例中，所述S300，在每一个所述第二补偿电路模型的电参数下，对所述输入信号再次进行傅里叶分析，以获取N个间谐波振荡的步骤包括：

每一次调节所述第二补偿电路模型的电容参数、电感参数或者电容参数和电感参数后，对所述接收电路的输入电流信号进行傅里叶分析，以获取一个间谐波振荡。

一种无线充电系统，包括：

发射电路；以及

接收电路，与所述发射电路无线连接；

所述接收电路包括：

接收线圈，所述接收线圈的一端与所述发射电路无线连接；

第一补偿电路，所述第一补偿电路的一端与所述接收线圈)的另一端电连接；以及

第二补偿电路，所述第二补偿电路的一端与所述第一补偿电路的另一端电连接。

在其中一个实施例中，所述第二补偿电路包括：

补偿电容，所述补偿电容的一端与所述第一补偿电路的另一端电连接。

在其中一个实施例中，所述第二补偿电路包括：

补偿电感，所述补偿电感的一端与所述第一补偿电路的另一端电连接。

在其中一个实施例中，所述第二补偿电路包括：

补偿电容；

补偿电感，与所述补偿电容串联后，电连接于所述第一补偿电路的另一端。

上述无线充电系统，包括发射电路和与所述发射电路无线连接的接收电路。所述接收电路包括接收线圈、第一补偿电路以及第二补偿电路。所述接收线圈、所述第一补偿电路以及所述第二补偿电路依次电连接后，所述接收线圈的一端与所述发射电路无线连接。通过所述第二补偿电路可以改善无线充电系统的导纳增益曲线，减小所述接收电路中的接收电流的间谐波频率的幅值，进而提高所述无线充电系统的稳定性。

附图说明

图1为本申请一个实施例提供的无线充电系统中参数补偿方法流程图；

图2为本申请一个实施例提供的无线充电系统的等效电路示意图；

图3为本申请一个实施例提供的无线充电系统简化图；

图4为本申请一个实施例提供的无线充电系统改善前导纳增益图；

图5为本申请一个实施例提供的无线充电系统简化图；

图6为本申请一个实施例提供的无线充电系统改善后的导纳增益图；

图7为本申请一个实施例提供的无线充电系统中参数补偿方法流程图；

图8为本申请一个实施例提供的无线充电系统结构图；

图9为本申请一个实施例提供的无线充电系统结构图；

图10为本申请一个实施例提供的无线充电系统结构图；

图11为本申请一个实施例提供的无线充电系统结构图。

主要元件附图标号说明

无线充电系统10

发射电路100

接收电路200

接收线圈210

第一补偿电路220

第二补偿电路230

补偿电容231

补偿电感232

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图1，本申请提供一种无线充电系统中参数补偿方法。所述无线充电系统10包括发射电路100和与所述发射电路100无线连接的接收电路200。所述方法包括：

S10，预估所述接收电路200的输入信号的频率范围。步骤S10中，根据所述接收电路200的输入信号的采样误差或根据经验值，预估所述接收电路200的输入信号的频率范围。例如，当所述发射电路100的工作频率为f₀，则所述接收电路200的输入信号的频率范围为f₀±Δf。

S20，对所述无线充电系统10进行阻抗分析，在所述频率范围内，获取导纳增益特性曲线，并从所述导纳增益特性曲线中获取基准高增益点，进而获取基准谐波增益。步骤S20中，可以先预估所述发射电路100的发射线圈的自感、所述接收线圈210的自感以及两者之间的互感，进而构建等效电路。之后，根据电路原理，获取导纳增益特性曲线。读取所述导纳增益特性曲线，获取增益幅值比较高的点，并将其设定为基准高增益点。此时，所述接收电路200的输入电流可以认为是由基频f₀成分和基准高增益点所对应的间谐波频率成分叠加组成的。所述基准高增益点的数量可以是多个。所述基准谐波增益的计算方式可以有多种。例如，当所述基准高增益点的数量为两个时，可以先对两个基准高增益点的幅值求和之后，再与所述导纳增益特性曲线中工作频率对应的幅值做商，进而获得所述基准谐波增益。

S30，提供第二补偿电路模型，将所述第二补偿电路模型与所述接收电路200连接，并对所述第二补偿电路模型的电参数进行N次调节，所述N为大于或等于1的正整数。步骤S30中，所述第二补偿电路模型可以至少包括电容和电感中的一种。当所述第二补偿电路模型只包括电容或只包括电感时，可以对所述第二补偿电路模型的电容参数或电感参数进行N次调节。当所述第二补偿电路模型既包括电容参数又包括电感参数时，需要同时对进行电容参数或电感参数N次调节。

S40，在每一个所述第二补偿电路模型的电参数下，对所述无线充电系统10再次进行阻抗分析，以获取N个谐波增益。步骤S40，可以获得N组不同的电参数下的N个导纳增益特性曲线。从每一个导纳增益特性曲线中可以获得相应数量的高增益点，进而可以通过与步骤S20中相同的方法获得一个谐波增益。

S50，从N个所述谐波增益中选取小于所述基准谐波增益的值，作为目标谐波增益，根据所述目标谐波增益对应的所述第二补偿电路模型的电参数，以获得第二补偿电路230，对所述接收电路200进行参数补偿。步骤S50中，所述目标谐波增益的数量可能是多个，也即，可能会出现多组电参数均可以对所述接收电路200进行参数补偿。

本实施例中，通过比较多种参数下的高增益点，进而获得所述第二补偿电路230。所述第二补偿电路230可以降低所述无线充电系统10的增益点的幅值。当所述无线充电系统10的增益点的数量为多个时，通过所述第二补偿电路230可以降低每一个增益点的幅值。即所述接收电路200的输入电流的振荡现象能得到极大的改善，系统的稳定性得到极大的提升。

在其中一个实施例中，所述S50，从N个所述谐波增益中选取小于所述基准谐波增益的值，作为目标谐波增益，根据所述目标谐波增益对应的所述第二补偿电路模型的电参数，以获得第二补偿电路230，对所述接收电路200进行参数补偿的步骤包括：

从所述目标谐波增益中选取最小值，所述最小值对应的所述电参数为所述第二补偿电路模型的最优参数。根据所述最优参数，以获得第二补偿电路230，对所述接收电路200进行参数补偿。此时，得到的第二补偿电路230为当前工况下的最优补偿参数。

请参见图2，为对传统的无线充电系统进行阻抗分析，得到的无线充电系统的等效电路示意图。上图中Rin＝-(Vin/Iin)，式中Vin，Iin为图示位置的电压和电流，为复变量，该除法为复数除法。Rin_im为Rin的虚部，Rin_re为Rin的实部；L1，C1，Cp，L2，C2，Cs为电路传统的无线充电系统中的电感元件或电容元件；Lp，Ls，M分别为发射线圈自感，接收线圈自感，以及两者的互感。

Ze为图2中L2电感左侧电路的等效阻抗。Ze的计算方法按照电路原理进行串并联规律计算即可。进而得到如图3所示的无线充电系统简化图。由图3可知：

其中ω为角频率，满足ω＝2πf，f满足S10中所述接收电路200的输入信号的频率范围。

假设所述接收电路200的可控整流桥工作频率为f0＝85kHz，可能频率范围为50kHz～120kHz，某组参数下导纳的频率特性如图4所示。由图4可知，此时系统在58kHz附近和105kHz附近的导纳增益特别大，意味着Ve中即使很小的该频率分量，也会导致该频率下很大的电流分量。此时的Ie电流可以认为是由基频f0成分和58KHz，105kHz两个间间谐波频率成分叠加组成的，这导致了Ie电流的振荡和系统的不稳定。此时，所述基准谐波增益可以通过如下公式(2)获得：

其中，f₀为工作频率，f₁，f₂对应为两个目标高增益点。

所述基准谐波增益还可以通过如下公式(3)获得：

当增加串联电感Lc2和串联电容Cc2，调节串联电感Lc2和串联电容Cc2的参数，改善导纳增益曲线。增加串联电感Lc2和串联电容Cc2后系统示意图如图5所示。调节串联电感Lc2和串联电容Cc2参数，改善后的导纳增益曲线如图6所示。由图6可知，在频率范围内，导纳增益得到较好的抑制，此时Ie电流中仅包含很小的其他频率分量的幅值，Ie电流振荡的现象能得到极大改善，系统稳定性得到极大提升。

请参见图7，本申请提供一种无线充电系统中参数补偿方法。所述无线充电系统10包括发射电路100和与所述发射电路100无线连接的接收电路200。所述方法包括：

S100，当所述无线充电系统10发生振荡时，对所述接收电路200的输入信号进行傅里叶分析，以获取间谐波频率分量的基准振荡幅值，进而获取基准间谐波振荡。步骤S100中，所述基准振荡幅值的数量可以是多个。所述基准间谐波振荡的计算方式可以有多种。例如，当所述基准振荡幅值的数量为两个时，可以先对两个基准振荡幅值求和之后，再与所述工作频率对应的幅值做商，进而获得所述基准间谐波振荡。所述基准间谐波振荡的计算方式与所述基准谐波增益的计算方式相似。此处不再赘述。

为使所述无线充电系统10实现正常充电功能，需满足：1)、所述接收电路200工作频率和所述发射电路100工作频率相同；2)、所述接收电路200的输入电压Ve和输入电流Ie之间相位稳定。

常用控制方法是对Ie电流进行采样，提取出Ie电流的频率及相位信息(主要通过采集Ie电流过零信息实现)，并以此生成MOS管的控制信号(以Ie电流频率为MOS管工作频率，并以Ie相位信息为基准控制MOS管开关相位)。在这种控制模式下，由于采样精度、开关控制精度及间谐波等相关因素影响，Ie电流过零会存在一定畸变或误差，导致Ie电流的频率和相位都会存在一定范围的误差。如果此时系统导纳在该频率范围内存在较高增益点，则可能进一步引起Ie电流的振荡，影响到系统的稳定性。对此Ie电流信号进行傅里叶分解，可以观察到较大的间谐波的存在。因此可以根据观察所述无线充电系统10中的Ie电流或Ve电压波形，判断所述无线充电系统10是否发生振荡。

S200，提供第二补偿电路模型，将所述第二补偿电路模型与所述接收电路200连接，并对所述第二补偿电路模型的电参数进行N次调节，所述N为大于或等于1的正整数。步骤S200中，所述第二补偿电路模型可以至少包括电容和电感中的一种。当所述第二补偿电路模型只包括电容或只包括电感时，可以对所述第二补偿电路模型的电容参数或电感参数进行N次调节。当所述第二补偿电路模型既包括电容参数又包括电感参数时，需要同时对进行电容参数或电感参数N次调节。

S300，在每一个所述第二补偿电路模型的电参数下，对所述输入信号再次进行傅里叶分析，以获取N个间谐波振荡。步骤S30中，可以获得N组不同的电参数以及其所对应的振荡幅值，进而可以通过与步骤S100中相同的方法获得一个谐波增益。

S400，从N个所述间谐波振荡中选取小于所述基准间谐波振荡的值，作为目标间谐波振荡，根据所述目标间谐波振荡对应的所述第二补偿电路模型的电参数，以获得第二补偿电路230，对所述接收电路200进行参数补偿。步骤S400中，所述目标间谐波振荡的数量可能是多个，也即，可能会出现多组电参数均可以对所述接收电路200进行参数补偿。

本实施例中，通过比较多种参数下的所述间谐波频率分量的幅值，进而获得所述第二补偿电路230。所述第二补偿电路230可以降低所述无线充电系统10的增益点的幅值。当所述无线充电系统10的振荡幅值的数量为多个时，通过所述第二补偿电路230可以降低每一个振荡幅值。即所述接收电路200的输入电流的振荡现象能得到极大的改善，系统的稳定性得到极大的提升。

在其中一个实施例中，S400，从N个所述间谐波振荡中选取小于所述基准间谐波振荡的值，作为目标间谐波振荡，根据所述目标间谐波振荡对应的所述第二补偿电路模型的电参数，以获得第二补偿电路230，进而提高无线充电系统稳定性的步骤包括：

从所述目标间谐波振荡中选取最小值，所述最小值对应的所述电参数为所述第二补偿电路模型的最优参数。根据所述最优参数，以获得第二补偿电路230，对所述接收电路200进行参数补偿。此时，得到的第二补偿电路230为当前工况下的最优补偿参数。实际工程中需要考虑较多工况，那么所述第二补偿电路模型的电参数选取需要在以上方法基础上综合选择。

请参见图8，本申请提供一种无线充电系统10。所述无线充电系统10包括发射电路100和与所述发射电路100无线连接的接收电路200。

所述发射电路100可以包括逆变器、第三补偿电路以及发射线圈。所述逆变器可以由四个逆变功率开关构成全桥逆变器。所述逆变器可以以开关频率f₀将直流电转换为高频交流电。所述第三补偿电路与所述逆变器电连接，用于吸收无功能量。所述第三补偿电路可以为LCC补偿电路。所述发射线圈用于将高频交流电转化为磁能。

所述接收电路200包括接收线圈210、第一补偿电路220以及第二补偿电路230。所述接收线圈210的一端与所述发射电路100的发射线圈互感连接。所述第一补偿电路220的一端与所述接收线圈210的另一端电连接。所述第二补偿电路230的一端与所述第一补偿电路220的另一端电连接。所述接收线圈210用于将磁能转换为电能。所述第一补偿电路220用于吸收无功能量。所述第二补偿电路230用于防止电流和电压的振荡，保证系统的稳定性。

上述无线充电系统10，包括发射电路100和与所述发射电路100无线连接的接收电路200。所述接收电路200包括接收线圈210、第一补偿电路220以及第二补偿电路230。所述接收线圈210、所述第一补偿电路220以及所述第二补偿电路230依次电连接后，所述接收线圈210的一端与所述发射电路100无线连接。通过所述第二补偿电路230可以改善无线充电系统的导纳增益曲线，减小所述接收电路200中的接收电流的间谐波频率的幅值，进而提高所述无线充电系统10的稳定性。

请参见图9，在一个可选的实施例中，所述第二补偿电路230包括补偿电容231。所述补偿电容231的一端与所述第一补偿电路220的另一端电连接。此时所述第一补偿电路220中的电感值可以为一个较大的电感值。通过所述补偿电容231可以改善无线充电系统的导纳增益曲线，减小所述接收电路200中的接收电流的间谐波频率的幅值，进而提高所述无线充电系统10的稳定性。

请参见图10，在一个可选的实施例中，所述第二补偿电路230包括补偿电感232。所述补偿电感232的一端与所述第一补偿电路220的另一端电连接。通过所述补偿电感232可以改善无线充电系统的导纳增益曲线，减小所述接收电路200中的接收电流的间谐波频率的幅值，进而提高所述无线充电系统10的稳定性。

请参见图11，在一个可选的实施例中，所述第二补偿电路230包括补偿电容231和补偿电感232。所述补偿电感232与所述补偿电容231串联后，电连接于所述第一补偿电路220的另一端。通过所述补偿电容231和所述补偿电感232可以改善无线充电系统的导纳增益曲线，减小所述接收电路200中的接收电流的间谐波频率的幅值，进而提高所述无线充电系统10的稳定性。

在一个可选的实施例中，所述接收电路200还包括整流滤波器。所述整流滤波器与所述第二补偿电路230电连接。所述整流滤波器可以为全控整流滤波器。所述整流滤波器可以为半控整流滤波器。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。