1.4 電磁共振式無(wú)線充電系統(tǒng)的控制

無(wú)線充電控制是根據(jù)儲(chǔ)能設(shè)備的要求對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。儲(chǔ)能設(shè)備作為充電負(fù)載，包括鋰電池、鉛酸蓄電池和超級(jí)電容等。儲(chǔ)能設(shè)備的充電要求有恒電壓充電控制方式、恒電流充電控制方式和分段充電控制方式等。為了實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的無(wú)線充電目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)充電時(shí)負(fù)載變化的快速響應(yīng)和充電電壓/電流的穩(wěn)態(tài)精度，系統(tǒng)的控制策略尤為重要。無(wú)線充電控制系統(tǒng)包括輸出電壓/電流單閉環(huán)無(wú)線充電控制系統(tǒng)、傳輸電流和輸出電壓/電流雙閉環(huán)無(wú)線充電控制系統(tǒng)、傳輸電壓和輸出電壓/電流雙單閉環(huán)無(wú)線充電控制系統(tǒng)、傳輸電壓/電流雙閉環(huán)輸出電壓/電流單閉環(huán)無(wú)線充電控制系統(tǒng)、傳輸電流和輸出電壓/電流獨(dú)立單閉環(huán)無(wú)線充電控制系統(tǒng)等。

無(wú)線充電電壓/電流單閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1-16所示，其控制目標(biāo)是穩(wěn)定電壓或穩(wěn)定電流，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能設(shè)備的充電要求。控制系統(tǒng)包括輸出給定量（充電電壓或充電電流）、電壓/電流調(diào)節(jié)器、電能傳輸變換電路、磁耦合諧振器（包括電能發(fā)射諧振回路和電能接收諧振回路）、電能接收變換電路、輸出濾波電路和輸出量檢測(cè)電路（充電電壓和充電電流檢測(cè)）。輸出量檢測(cè)電路將充電電壓和充電電流通過(guò)無(wú)線傳送的方式反饋到發(fā)射側(cè)，和輸出給定量進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

輸出電壓/電流單閉環(huán)無(wú)線充電控制系統(tǒng)沒(méi)有考慮當(dāng)輸出電壓或電流突變時(shí)，加上反饋信號(hào)延時(shí)，會(huì)造成發(fā)射側(cè)逆變電流突變，導(dǎo)致逆變電流過(guò)電流而引起的故障。在發(fā)射側(cè)增加逆變電流閉環(huán)控制內(nèi)環(huán)，可以有效控制逆變電流的最大值，將逆變電流限制在給定的范圍內(nèi)。

圖1-17是具有逆變電流內(nèi)環(huán)的無(wú)線充電雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。充電電壓/電流負(fù)反饋無(wú)線充電單閉環(huán)控制系統(tǒng)，以穩(wěn)定充電電壓/電流為控制目標(biāo)，在發(fā)射側(cè)增加逆變電流閉環(huán)控制內(nèi)環(huán)，是以有效控制逆變電流的最大值為控制目標(biāo)，避免由于輸出充電電壓和電流的反饋參數(shù)延時(shí)，使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間增加而造成的控制器來(lái)不及響應(yīng)、系統(tǒng)失控甚至故障等問(wèn)題。發(fā)射側(cè)逆變電流閉環(huán)控制必須要響應(yīng)速度快，當(dāng)接收側(cè)負(fù)載突變，或充電負(fù)載出現(xiàn)開(kāi)路或短路時(shí)，反映到發(fā)射側(cè)是逆變電流突變升高，發(fā)射側(cè)內(nèi)環(huán)控制的傳輸電流調(diào)節(jié)器能迅速調(diào)節(jié)，限制逆變電流的升高。

如果把接收側(cè)充電電壓和電流進(jìn)行單獨(dú)閉環(huán)控制，可有效提高充電過(guò)程的電壓和電流控制精度，避免產(chǎn)生充電過(guò)程中由于負(fù)載突變或系統(tǒng)擾動(dòng)引起的充電過(guò)電壓或過(guò)電流問(wèn)題。磁耦合諧振器的傳輸電壓在接收側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，形成傳輸電壓獨(dú)立閉環(huán)控制，這樣需要建立兩個(gè)獨(dú)立的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1-18所示。

如果在傳輸電壓?jiǎn)伍]環(huán)系統(tǒng)中發(fā)射側(cè)增加逆變電流內(nèi)環(huán)，可以有效控制逆變電流的最大值，避免由于傳輸電壓反饋參數(shù)延時(shí)而使逆變電流失控從而造成故障，如圖1-19所示，接收側(cè)的充電電壓或電流閉環(huán)和圖1-18相同。

如果傳輸電壓不參與控制，這樣可以省去了傳輸電壓閉環(huán)，也就省去了無(wú)線信號(hào)傳輸反饋模塊，發(fā)射側(cè)逆變電流進(jìn)行獨(dú)立閉環(huán)控制，這樣發(fā)射側(cè)和接收側(cè)形成兩個(gè)單獨(dú)閉環(huán)，中間省去了無(wú)線信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)，避免由于無(wú)線信號(hào)反饋延時(shí)引起的系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)甚至失控的問(wèn)題，但要在發(fā)射側(cè)增加負(fù)載狀態(tài)快速辨識(shí)模塊，如圖1-20所示。

在發(fā)射側(cè)和接收側(cè)獨(dú)立雙單閉環(huán)控制無(wú)線充電系統(tǒng)中，通過(guò)發(fā)射側(cè)諧振回路的電壓/電流來(lái)計(jì)算諧振回路的反射阻抗，反射阻抗反映了接收側(cè)的負(fù)載狀況，通過(guò)反射阻抗決定發(fā)射側(cè)需要的電能傳輸量來(lái)控制逆變電流的大小，從而達(dá)到發(fā)射側(cè)和接收側(cè)的電能傳輸平衡。發(fā)射側(cè)諧振回路的反射阻抗和接收側(cè)的負(fù)載之間是動(dòng)態(tài)非線性關(guān)系，可以通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，也可以通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)射回路電壓/電流進(jìn)行快速辨識(shí)。

電磁共振式無(wú)線充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)充電設(shè)備的要求，對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、反饋信號(hào)傳輸方式、磁耦合諧振器、電能傳輸變換電路和電能接收變換電路等進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算。