【《一种电动汽车无线充电能效优化控制方法分析案例》2600字】

一种电动汽车无线充电能效优化控制方法分析案例1.1谐振补偿拓扑的分类由于目前电动汽车无线自动传输充电信号控制管理系统中各充电线圈之间的自动充电信号耦合控制方式非常类似于松紧式充电耦合自动充电信号变压器,其自动充电信号漏感较大,需要对其充电信号功率进行自动充电功率补偿,以大大提高充电信号自动传输时的充电功率和自动充电时的效率。常用的两种并联驱动补偿方式驱动组合方法主要原理是通过其中添加一个直流电容与电感驱动电源线圈进行并联连接产生谐振,根据其与电容驱动电源线圈的两个并联驱动连接选择驱动补偿方式,可以大致区分两类为一个电容驱动串联连接驱动组合补偿和两个电容驱动并联连接驱动组合补偿。磁场式充电无线耦合谐振式无线移动电源补偿充电系统补偿方式系统补偿的方式由于设计过程需要同时进行一次侧和二次侧的充电系统进行无线电源补偿,因此目前仍存在着比较有效的ss、sp、ps以及pp四种基本的无线电源补偿充电系统设计拓扑结构设计的工作方式。其中s(series)的值可以被用来代表串联,p(parallel)的值被用来代表并联。四种补偿拓扑电路设计拓扑在一次侧和二次侧都只是提供了一种可以同时通过两种无源整流稳压电容,除此以外还分别是提供了一种可以同时通过一种无源电压整流稳压电容器件的两种成串电流并联补偿电路拓扑来进行基本无源电流电压补偿。上述六种高低电压电流补偿器的基本拓扑系统结构形式如图示框框框和图3.4所示。图1.1六种补偿拓扑结构1.2频率跟踪的设计方案1.2.1前言频率自动检测跟踪器的控制系统技术目前它在市场上已经实现有多种广泛应用的技术方法和辅助手段,并且我们可以通过各种辅助手段来直接进行技术实现,但是每种应用技术和辅助手段都可能存在自身的一些主要技术优缺点。本文主要提出一种在锁相环境中频率自动跟踪器的控制技术方式,能够在充分满足锁相频率自动跟踪控制精度与系统稳定性的同时基础上或在达到技术要求的与此同时,提高了锁相频率自动追踪器的反应速度。1.2.2频率跟踪的实现方案无线充电系统中频率跟踪的具体实现途径和方法主要分为两种,分别采用的是软件法和硬件法.软件法主要是一种通过硬件控制算法直接利用单片机驱动控制系统的固定工作频率，硬件法大多采用了外加的锁相环或者波形式的整形电路实现频率的自动控制,虽然硬件法相比较软件法来说,成本高、实现复杂,不太能够适应保护设备微型化的技术发展趋势,但是硬件法的实施操作起来更加方便简单,利用基于的锁相环电路可以实现对相位的调节,具有更高的稳定性和工作精度。经过上述分析,应用在无线充电系统上的频率跟踪技术更适合选择硬件法。硬件法中最常见的频率跟踪方案是以作为锁相环电路的核心元件,利用其(压控振荡器)自动锁定相位，而调整频率的反应速度较慢,在相位差信号生多个周期后才能将相位完全锁定。本文提出一种改进锁相环的频率跟踪实现方法,利用检测误差相位的脉冲宽度,然后由单机进行工作频率的调整，从而代替的自动锁相功能。该频率跟踪装置结构图如图1.2.2所示，一共有三个组成部分，包括信号检测部分、相位比较部分和相位差脉冲宽度检测部分。图1.2.2无线充电系统上频率跟踪装置结构图1.3频率跟踪的控制流程本文选用以硬件法为基础，结合单片机实现频率跟踪的实现方案，就是利用硬件部分采集电压与电流的信号波形，并对该波形进行相位检测，再由软件程序设定电压电流相位差的额定范围，自动调节单片机输出信号，控制逆变器电路的工作频率以将相位差保持在一定范围内，实现对频率的跟踪控制。具体的控制策略如图1.3.1。图1.3.1频率跟踪控制流程如上图1.3.1所示,首先就需要正确设定系统谐振对位频率的初始滤波值与直流电压接收电流之间相位差的最大滤波容量值或允许值,当系统运行时,若受到系统元件参数变化的扰动,系统固有的谐振对位频率将很快就可能会随之发生巨大偏移,致使接收线圈两端原有的谐振工作频率不一定能够完全匹配其他频率变化后的谐振对位频率,电能的发射传递和接收效率也就可能会随之因此发生大大减慢和迅速下降,此时被自动检测的信号发射点两端接收线圈两端的直流电压和其直流经检测发射点两端接收线圈的稳压电流之间就很有可能会随之形成一定的最大相位差。此一种类型的信号相位差通常指的是在经过多次检测之后,由一个单片机自己自动进行输出信号的相位判断,并且通过微调其输出频率,使得它的相位差在信号允许的频率范围内。相位差检测是由检测,并与外围所设定相位差允许值对比。单片机通过信号相位和误差控制来进行判断并自动控制调节信号频率,此部分主要是通过主控软件和微编程器来实现,具体操作原理流程请参见下图1.3.2。图1.3.2软件控制流程1.4电动汽车无线充电系统效率特性分析1.1.1前言本文选择串串拓扑模型结构的无线充电应用系统作为主要研究实验对象，其等效电路模型如图1.1.1所示。图1.1.1无线充电串串拓扑结构等效电路图根据耦合电路原理，结合上图的等效电路模型可得：其中，在系统参数设计中，电容与电感匹配至谐振状态，即：可得输入和输出功率是：则系统传输效率为：在系统传输效率公式中，角频率主要与系统工作频率有关：由效率公式可以看出，系统的整体传输效率跟负载阻值，两侧线圈内阻阻值、，线圈互感，还有系统工作频率有关。其中线圈内阻、的阻值非常小可以忽略不计。1.1.2频率对系统效率的影响经过之前的分析，频率是影响系统效率的重要参数。将代入中，可得公式：对上述公式进行分析，如果其他参数保持不变，可以利用公式中效率对频率求导,得出频率对系统传输效率的影响公式,但求导之后的公式更加复杂，不能直观准确表达出系统工作频率对系统传输效率的影响。除了求导的方法，还可以利用Matlab软件编程技术对公式进行仿真分析。公式中参数的设定如表4-4-2参数数值参数数值发射线圈电感286发生端补偿电容0.012接受线圈电感94接收端补偿电容0.036母线电压200耦合系数0.2负载阻值20谐振频率85表4-4-2仿真参数设定值从表4-4-2中设定的两侧线圈电感值和补偿电容值可以看出，系统设定的固有谐振频率在85kHz至86kHz之间。将表中的参数输入MATLAB软件，以频率f为变量进行仿真，可得图1.1.2所示曲线。图1.1.2频率效率曲线由图1.1.1我们可以清楚地看到系统的频率和效度之间存在着一定的关系:当一个系统的工作频率小于85khz时,系统的数据传输效率会因为频率的变化而逐渐增大,而当频率超过85khz