感應(yīng)式電力傳輸?shù)碾妷嚎刂品椒ㄅc流程

本申請(qǐng)總體上涉及對(duì)車輛無線充電系統(tǒng)進(jìn)行控制。

背景技術(shù)：

插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)和電池電動(dòng)車輛(BEV)包括用于為車輛供電的牽引電池。車輛可連接到外部電源以對(duì)牽引電池進(jìn)行充電。車輛可支持牽引電池的無線充電。無線充電通過使用充電系統(tǒng)和車輛中的線圈來完成。電力通過線圈從充電系統(tǒng)被感應(yīng)傳輸至車輛。充電線圈的對(duì)準(zhǔn)可通過各種方法來完成。一些系統(tǒng)可依賴于駕駛員來對(duì)準(zhǔn)充電線圈。例如，充電系統(tǒng)可包括在充電站的地板內(nèi)的線圈。車輛可包括車輛底部的線圈，當(dāng)車輛位于充電站中時(shí)，車輛底部的線圈可接近于地板線圈。充電的效果可取決于線圈的相對(duì)對(duì)準(zhǔn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種車輛無線充電系統(tǒng)包括逆變器。所述車輛無線充電系統(tǒng)還包括至少一個(gè)控制器，所述至少一個(gè)控制器被配置為：操作所述逆變器以控制到車輛電力轉(zhuǎn)換器的電壓輸入，從而使得所述逆變器的輸出處的阻抗相位角趨向于預(yù)定角度并達(dá)到車輛電力轉(zhuǎn)換器的輸出處的功率需求；操作車輛電力轉(zhuǎn)換器以達(dá)到所述功率需求。

所述預(yù)定角度可被配置為實(shí)現(xiàn)所述逆變器的零電壓開關(guān)。所述阻抗相位角可以是所述逆變器的輸出處的電壓與所述逆變器的輸出處的電流之間的相位角差。

所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：通過基于電壓基準(zhǔn)調(diào)整所述逆變器的輸出處的電壓的頻率來操作所述逆變器。所述電壓基準(zhǔn)可以是基于所述功率需求、車輛電力轉(zhuǎn)換器的功率輸出、阻抗相位角以及預(yù)定角度的。所述電壓基準(zhǔn)可以是基于以下項(xiàng)的：(i)利用輸出功率誤差的第一項(xiàng)與利用阻抗相位角誤差的第二項(xiàng)的加權(quán)和的變化率；(ii)所述電壓基準(zhǔn)的變化率。

所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：通過基于電流輸入基準(zhǔn)和到車輛電力轉(zhuǎn)換器的電流輸入來調(diào)整用于將電壓輸入連接到負(fù)載的開關(guān)器件的占空比，操作車輛電力轉(zhuǎn)換器。所述電流輸入基準(zhǔn)可根據(jù)基于以下項(xiàng)的電壓基準(zhǔn)來推導(dǎo)得到：(i)利用輸出功率誤差的第一項(xiàng)與利用阻抗相位角誤差的第二項(xiàng)的加權(quán)和的變化率；(ii)所述電壓基準(zhǔn)的變化率。

一種車輛無線充電系統(tǒng)包括逆變器，所述逆變器被配置為與車輛電力轉(zhuǎn)換器進(jìn)行感應(yīng)耦合。所述車輛無線充電系統(tǒng)還包括至少一個(gè)控制器，所述至少一個(gè)控制器被配置為：控制所述逆變器的頻率輸出，以基于目標(biāo)函數(shù)的變化率調(diào)整到車輛電力轉(zhuǎn)換器的電壓輸入，所述目標(biāo)函數(shù)被配置為減小車輛電力轉(zhuǎn)換器的輸出功率誤差和所述逆變器的輸出處的阻抗相位角誤差。

所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：基于所述電壓輸入的變化率控制頻率輸出。所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：基于連接到車輛電力轉(zhuǎn)換器的負(fù)載的功率需求來改變用于開關(guān)車輛電力轉(zhuǎn)換器的占空比。輸出功率誤差可以是車輛電力轉(zhuǎn)換器輸出處的功率需求與車輛電力轉(zhuǎn)換器輸出處的功率輸出之間的差，阻抗相位角誤差可以是基準(zhǔn)阻抗相位角與測(cè)量的在逆變器輸出處的阻抗相位角之間的差。所述目標(biāo)函數(shù)可以是加權(quán)的目標(biāo)函數(shù)，使得與輸出功率誤差關(guān)聯(lián)的第一加權(quán)值大于與阻抗相位角誤差關(guān)聯(lián)的第二加權(quán)值。

一種控制車輛充電的方法包括：通過至少一個(gè)控制器改變逆變器的輸出處的頻率，所述逆變器被配置為基于加權(quán)的目標(biāo)函數(shù)的變化率產(chǎn)生到感應(yīng)耦合的電力轉(zhuǎn)換器的電壓輸入，所述加權(quán)的目標(biāo)函數(shù)包括電力轉(zhuǎn)換器的輸出功率誤差和所述逆變器的輸出處的阻抗相位角誤差。

所述方法還可包括：基于到電力轉(zhuǎn)換器的輸入電流的電流基準(zhǔn)，通過所述至少一個(gè)控制器改變用于開關(guān)電力轉(zhuǎn)換器的占空比，所述電流基準(zhǔn)根據(jù)所述電壓輸入和連接到電力轉(zhuǎn)換器的負(fù)載的功率需求來推導(dǎo)得到。

所述方法還可包括：通過所述至少一個(gè)控制器改變所述占空比，以減小所述電流基準(zhǔn)與到電力轉(zhuǎn)換器的電流輸入之間的誤差。

所述方法還可包括：通過所述至少一個(gè)控制器改變所述頻率，以減小所述電壓輸入與基于加權(quán)的目標(biāo)函數(shù)的變化率的電壓基準(zhǔn)之間的誤差。所述方法還可包括：基于所述電壓基準(zhǔn)的變化率，通過所述至少一個(gè)控制器改變所述頻率。

所述方法還可包括：響應(yīng)于加權(quán)的目標(biāo)函數(shù)的變化率的符號(hào)與所述電壓基準(zhǔn)的變化率的符號(hào)不同，通過所述至少一個(gè)控制器將所述電壓基準(zhǔn)減小預(yù)定量。所述方法還可包括：響應(yīng)于加權(quán)的目標(biāo)函數(shù)的變化率的符號(hào)與所述電壓基準(zhǔn)的變化率的符號(hào)相同，通過所述至少一個(gè)控制器將所述電壓基準(zhǔn)增大預(yù)定量。

附圖說明

圖1是電氣化(electrified)車輛的示例。

圖2是可行的車輛充電系統(tǒng)的示圖。

圖3是車輛充電系統(tǒng)的組件的可行的配置的示圖。

圖4是用于車輛充電系統(tǒng)的可行的控制系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施方式

在此描述本公開的實(shí)施例。然而，應(yīng)理解的是，所公開的實(shí)施例僅為示例，并且其它實(shí)施例可采用各種形式和可替代形式。附圖不必按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，參照任一附圖示出和描述的各個(gè)特征可與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖中示出的特征組合以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代表性實(shí)施例。然而，與本公開的教導(dǎo)一致的特征的多種組合和變型可被期望用于特定的應(yīng)用或?qū)嵤┓绞健?/p>

圖1描繪了通常被稱作插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)的電氣化車輛12。典型的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛12可包括機(jī)械連接到混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16的一個(gè)或更多個(gè)電機(jī)14。電機(jī)14能夠作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)進(jìn)行操作。另外，混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16機(jī)械連接到發(fā)動(dòng)機(jī)18?；旌蟿?dòng)力傳動(dòng)裝置16還機(jī)械連接到驅(qū)動(dòng)軸20，驅(qū)動(dòng)軸20機(jī)械連接到車輪22。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)18開啟或關(guān)閉時(shí)，電機(jī)14可提供推進(jìn)和減速能力。電機(jī)14還可用作發(fā)電機(jī)并且可通過回收在摩擦制動(dòng)系統(tǒng)中通常將作為熱量損失掉的能量來提供燃料經(jīng)濟(jì)性效益。通過允許發(fā)動(dòng)機(jī)18在更高效的速度下運(yùn)轉(zhuǎn)以及在特定條件下允許混合動(dòng)力電動(dòng)車輛12在發(fā)動(dòng)機(jī)18關(guān)閉的情況下以電動(dòng)模式運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)14還可以減少車輛排放。電氣化車輛12可包括電池電動(dòng)車輛(BEV)。BEV可不包括發(fā)動(dòng)機(jī)18。

牽引電池或電池組24儲(chǔ)存電機(jī)14可使用的能量。車輛電池組24通常提供高電壓DC輸出。牽引電池24電連接到一個(gè)或更多個(gè)電力電子模塊。當(dāng)一個(gè)或更多個(gè)接觸器42斷開時(shí)，一個(gè)或更多個(gè)接觸器42可將牽引電池24與其它組件隔離，并且當(dāng)一個(gè)或更多個(gè)接觸器42閉合時(shí)，一個(gè)或更多個(gè)接觸器42可將牽引電池24連接到其它組件。電力電子模塊26還電連接到電機(jī)14，并且在牽引電池24和電機(jī)14之間提供雙向傳輸能量的能力。例如，牽引電池24可提供DC電壓，而電機(jī)14可能利用三相AC電來運(yùn)轉(zhuǎn)。電力電子模塊26可將DC電壓轉(zhuǎn)換為三相AC電以操作電機(jī)14。在再生模式下，電力電子模塊26可將來自用作發(fā)電機(jī)的電機(jī)14的三相AC電轉(zhuǎn)換為與牽引電池24相兼容的DC電壓。

牽引電池24除了提供用于推進(jìn)的能量之外，還可提供用于其它車輛電力系統(tǒng)的能量。車輛12可包括DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28，DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28將牽引電池24的高電壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與低電壓車輛負(fù)載52相兼容的低電壓DC供應(yīng)。DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28的輸出可電連接到輔助電池30(例如，12V電池)。低電壓系統(tǒng)52可電連接到輔助電池30。一個(gè)或更多個(gè)電力負(fù)載46可連接到高電壓總線，高電壓總線連接到牽引電池24。電力負(fù)載46可具有適時(shí)地操作和控制電力負(fù)載46的關(guān)聯(lián)的控制器。電力負(fù)載46的示例可以是風(fēng)扇、加熱元件和/或空調(diào)壓縮機(jī)。

電氣化車輛12可被配置為通過外部電源36對(duì)牽引電池24進(jìn)行再充電。外部電源36可以是到電插座的連接。外部電源36可電連接到充電器或電動(dòng)車輛供電設(shè)備(EVSE)38。外部電源36可以是由公用電力公司提供的配電網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)。EVSE 38可提供用于調(diào)整和管理電源36與車輛12之間的能量傳輸?shù)碾娐芬约翱刂?。外部電?6可向EVSE 38提供DC或AC電力。

EVSE 38可具有一個(gè)或更多個(gè)發(fā)送線圈40，一個(gè)或更多個(gè)發(fā)送線圈40被構(gòu)造為置于接近車輛12的一個(gè)或更多個(gè)接收線圈34的位置。在一些構(gòu)造中，接收線圈34可位于被構(gòu)造為容納發(fā)送線圈40的充電端口內(nèi)。在一些構(gòu)造中，接收線圈34可位于車輛12的底部。在一些構(gòu)造中，接收線圈34可位于靠近車輛12的外表面附近。接收線圈34可被整合到充電端口內(nèi)，所述充電端口被構(gòu)造為容納發(fā)送線圈40并將發(fā)送線圈40與接收線圈34對(duì)準(zhǔn)。接收線圈34可電連接到充電器或車載電力轉(zhuǎn)換模塊32。電力轉(zhuǎn)換模塊32可調(diào)節(jié)從EVSE 38供應(yīng)的電力，以將適合的電壓和電流水平提供給牽引電池24。電力轉(zhuǎn)換模塊32可與EVSE 38進(jìn)行接口連接以調(diào)整到車輛12的電力輸送。

發(fā)送線圈40可被構(gòu)造為處于固定位置。例如，發(fā)送線圈40可位于充電站的地面上。當(dāng)車輛12停在充電站時(shí)，發(fā)送線圈40可進(jìn)入接收線圈34的接近度范圍內(nèi)。在一些構(gòu)造中，發(fā)送線圈40和/或接收線圈34可以是可移動(dòng)的以幫助使線圈對(duì)準(zhǔn)。

一個(gè)或更多個(gè)車輪制動(dòng)器44可被提供用于使車輛12減速以及防止車輛12的移動(dòng)。車輪制動(dòng)器44可以是液壓致動(dòng)的、電致動(dòng)的或它們的某種組合。車輪制動(dòng)器44可以是制動(dòng)系統(tǒng)50的一部分。制動(dòng)系統(tǒng)50可包括操作車輪制動(dòng)器44的其它組件。為簡(jiǎn)潔起見，附圖描繪了制動(dòng)系統(tǒng)50與車輪制動(dòng)器44中的一個(gè)之間的單一連接。制動(dòng)系統(tǒng)50和其它的車輪制動(dòng)器44之間的連接是隱含的。制動(dòng)系統(tǒng)50可包括用于監(jiān)測(cè)和協(xié)調(diào)制動(dòng)系統(tǒng)50的控制器。制動(dòng)系統(tǒng)50可監(jiān)測(cè)制動(dòng)組件并控制用于車輛減速的車輪制動(dòng)器44。制動(dòng)系統(tǒng)50可響應(yīng)于駕駛員命令，并且還可自主運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)諸如穩(wěn)定控制的功能。當(dāng)被另一控制器或子功能請(qǐng)求時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)50的控制器可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用所請(qǐng)求的制動(dòng)力的方法。

車輛12中的電子模塊可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)車輛網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。車輛網(wǎng)絡(luò)可包括多個(gè)用于通信的信道。車輛網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)信道可以是串行總線(諸如，控制器局域網(wǎng)(CAN))。車輛網(wǎng)絡(luò)的信道中的一個(gè)可包括由電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)802標(biāo)準(zhǔn)族定義的以太網(wǎng)。車輛網(wǎng)絡(luò)的其它信道可包括模塊之間的離散連接，并且可包括來自輔助電池30的電力信號(hào)。不同的信號(hào)可通過車輛網(wǎng)絡(luò)的不同信道被傳輸。例如，視頻信號(hào)可通過高速信道(例如，以太網(wǎng))被傳輸，而控制器信號(hào)可通過CAN或離散信號(hào)被傳輸。車輛網(wǎng)絡(luò)可包括幫助在模塊之間傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)的任何硬件組件和軟件組件。車輛網(wǎng)絡(luò)未在圖1中示出，但是隱含的是車輛網(wǎng)絡(luò)可連接到在車輛12內(nèi)存在的任何電子模塊?？纱嬖谲囕v系統(tǒng)控制器(VSC)48，以協(xié)調(diào)各種組件的操作。

車輛12可包括無線通信模塊54，以與遠(yuǎn)離車輛12的裝置和系統(tǒng)進(jìn)行通信。無線通信模塊54可包括車載調(diào)制解調(diào)器，所述車載調(diào)制解調(diào)器具有用于與非車載裝置或系統(tǒng)進(jìn)行通信的天線。無線通信模塊54可以是蜂窩通信裝置，以使能夠經(jīng)由蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。無線通信模塊54可以是與IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)族(即，WiFi)或WiMax網(wǎng)絡(luò)兼容的無線局域網(wǎng)(LAN)裝置。無線通信模塊54可包括基于車輛的無線路由器，以允許在本地路由器的范圍內(nèi)連接到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。無線通信模塊54可與車輛12內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)控制器進(jìn)行接口連接以提供數(shù)據(jù)。

圖2描繪了可利用一個(gè)或更多個(gè)發(fā)送線圈40和一個(gè)或更多個(gè)接收線圈34向車輛12傳輸能量的感應(yīng)式電力傳輸(IPT)系統(tǒng)的可行的配置。當(dāng)發(fā)送線圈40與接收線圈34彼此接近時(shí)，可啟動(dòng)無線充電系統(tǒng)的操作。在一些配置中，車輛12的操作者可將發(fā)送線圈40置于充電端口內(nèi)，所述充電端口被配置為將發(fā)送線圈40與接收線圈34對(duì)準(zhǔn)。在一些配置中，發(fā)送線圈40可位于充電站的固定位置。接收線圈34可通過在充電站內(nèi)移動(dòng)車輛12來定位。在所述配置中，發(fā)送線圈40相對(duì)于接收線圈34的對(duì)準(zhǔn)可變化。在一些配置中，接收線圈34可被安裝在車輛12的底部。發(fā)送線圈40可位于充電站的地板內(nèi)。線圈對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)可被實(shí)施為檢測(cè)和調(diào)整接收線圈34相對(duì)于發(fā)送線圈40的對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)線圈可接受地對(duì)準(zhǔn)時(shí)，充電可開始。

IPT系統(tǒng)可被用于汽車應(yīng)用以提供對(duì)牽引電池24的非接觸充電。IPT系統(tǒng)避免了必須物理地連接充電站與車輛之間的導(dǎo)電元件。使用非接觸系統(tǒng)避免了由電接觸器的反復(fù)連接和斷開連接導(dǎo)致的導(dǎo)電元件磨損問題。車輛無線充電系統(tǒng)可包括被配置為將電壓供應(yīng)給諧振回路電路的逆變器。諧振回路電路可由車輛的車載元件和非車載元件組成。諧振回路電路的非車載部分可包括初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和發(fā)送線圈40。諧振回路電路的車載部分可包括接收線圈34和次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

松散耦合的發(fā)送線圈40和接收線圈34可被建模為具有特定參數(shù)集的變壓器222。發(fā)送線圈40可被建模為變壓器的初級(jí)側(cè)，變壓器的初級(jí)側(cè)包括與初級(jí)電感L_p 214串聯(lián)連接的初級(jí)電阻R_p 212。接收線圈34可被建模為變壓器的次級(jí)側(cè)，變壓器的次級(jí)側(cè)包括與次級(jí)電阻R_s 218串聯(lián)連接的次級(jí)電感L_s 216。初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)之間的感應(yīng)耦合可通過互電感M來建模，互電感M表示發(fā)送線圈40與接收線圈34之間的耦合?；ル姼蠱可響應(yīng)于電流在發(fā)送線圈40中流動(dòng)而影響在接收線圈34中感應(yīng)出的電壓和電流。耦合系數(shù)k可基于互電感、初級(jí)電感和次級(jí)電感來定義。發(fā)送線圈40和接收線圈34的不同的對(duì)準(zhǔn)可導(dǎo)致變壓器模型參數(shù)的值的不同。

變壓器模型222可進(jìn)一步被集成和建模為諧振回路網(wǎng)絡(luò)210。初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)202可連接到發(fā)送線圈40。次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)204可連接到接收線圈34。諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的模型可包括初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)路202、變壓器222和次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)204。初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)202可包括可連接到初級(jí)側(cè)的可選擇的阻抗。在一些配置中，初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)202可包括與發(fā)送線圈40串聯(lián)連接的可選擇的電容的組(bank)。次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)204可包括可連接到接收線圈34的可選擇的阻抗。在一些配置中，次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)204可包括與接收線圈34串聯(lián)連接的可選擇的電容的組。電容值可被選擇使得電路與線圈34、40的自電感諧振，以實(shí)現(xiàn)在調(diào)諧頻率f₀處的單位一(unity)的功率因子。諧振回路網(wǎng)絡(luò)210可被配置為實(shí)現(xiàn)逆變器開關(guān)元件的軟開關(guān)以及經(jīng)由阻抗增益提供電壓增益可控性。諧振回路網(wǎng)絡(luò)210可產(chǎn)生諧振磁耦合以增大在包括大氣隙和線圈未對(duì)準(zhǔn)的條件下的電力傳輸效率。

IPT系統(tǒng)可包括逆變器200，逆變器200被配置為將直流(DC)電壓轉(zhuǎn)換為交流(AC)電壓。逆變器200可經(jīng)由初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)202連接到發(fā)送線圈40。AC電壓可輸入到諧振回路網(wǎng)絡(luò)210以向車輛12傳輸能量。逆變器200的輸入端子可連接到提供DC輸入電壓V_in和DC電流I_in的電源。逆變器200的輸出端子可連接到初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)202以提供AC輸出電壓V_s和AC電流I_s。逆變器200可以是包括連接在逆變器200的輸入端子和輸出端子中的每一個(gè)之間的開關(guān)元件的全橋逆變器。

可在變壓器222的次級(jí)側(cè)感應(yīng)出AC電壓和電流。IPT系統(tǒng)還可包括整流器206和低通濾波器208，整流器206和低通濾波器208被配置為將AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓。整流器206可經(jīng)由次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)204連接到接收線圈34。整流器206的輸出端子可連接到低通濾波器208以使整流后的電壓平滑。低通濾波器208的輸出可連接到車輛電力轉(zhuǎn)換器224。

逆變器200和初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)202可作為EVSE 38的一部分被包括。次級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)204、整流器206、低通濾波器208和車輛電力轉(zhuǎn)換器224可作為車輛12內(nèi)的電力轉(zhuǎn)換模塊32的一部分被包括。其它的組件布置是可行的。

IPT系統(tǒng)的效率可隨著車輛負(fù)載和線圈的對(duì)準(zhǔn)的變化而變化。當(dāng)發(fā)送線圈40和接收線圈34以最大耦合系數(shù)對(duì)準(zhǔn)且電路以最佳電壓水平操作時(shí)，IPT系統(tǒng)可以以峰值效率操作?，F(xiàn)有的IPT系統(tǒng)使用固定的輸入電壓和固定的輸出電壓進(jìn)行操作，這會(huì)限制以給定的耦合系數(shù)在電源的低額定伏特安培(Volt-Ampere(VA)rating)下的操作以及最佳效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)。額定VA反映AC電路中的視在功率。視在功率包括通過無功組件(例如，電感器和電容器)在電路中循環(huán)的功率。額定VA可影響系統(tǒng)中的導(dǎo)體尺寸確定(conductor sizing)?？傊?，期望最小化額定VA以使得其接近于系統(tǒng)的實(shí)際額定功率(以瓦特為單位)。這涉及系統(tǒng)的功率因子，由此通常期望接近于單位一的值。

圖3描繪了IPT系統(tǒng)的一些組件的示例配置。逆變器200可包括多個(gè)固態(tài)開關(guān)器件，所述多個(gè)固態(tài)開關(guān)器件連接在逆變器200的輸入端子和輸出端子中的每個(gè)之間。在全橋配置中，可使用四個(gè)固態(tài)開關(guān)器件Q₁ 300、Q₂ 302、Q₃ 304和Q₄ 306。固態(tài)開關(guān)器件300、302、304、306中的每個(gè)均可具有關(guān)聯(lián)的并聯(lián)連接的二極管310、312、314、316。針對(duì)固態(tài)開關(guān)器件300、302、304、306中的每個(gè)的控制輸入可連接到IPT控制器220。IPT控制器220可控制固態(tài)開關(guān)器件300、302、304、306的循環(huán)。固態(tài)開關(guān)器件300、302、304、306可以是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。

固態(tài)開關(guān)器件300、302、304、306可被控制以在逆變器輸出端子處產(chǎn)生具有可調(diào)頻率的方波輸出電壓。方波電壓可被輸入到諧振回路網(wǎng)絡(luò)210。逆變器輸出電流可以是從逆變器輸出電壓的基波分量相位偏移相位角φ_s的正弦波形。相位角取決于諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的阻抗和負(fù)載阻抗。

例如，當(dāng)開關(guān)器件Q1 300和Q4 306被激活時(shí)，DC輸入電壓V_in被施加到逆變器200的輸出端子上。電流可從輸入電壓源流過Q1 300、初級(jí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)202和發(fā)送線圈40并通過Q4 306返回。

逆變器200可以以基于固態(tài)開關(guān)器件300、302、304、306的開關(guān)的頻率產(chǎn)生用于諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的方形電壓輸出。根據(jù)諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的阻抗，固態(tài)開關(guān)器件300、302、304、306的開關(guān)可被分類為零電壓開關(guān)(ZVS)或零電流開關(guān)(ZCS)。在當(dāng)開關(guān)器件兩端的電壓為零時(shí)發(fā)生斷開到接通的轉(zhuǎn)換的時(shí)候，開關(guān)器件的零電壓開關(guān)被實(shí)現(xiàn)。零電壓開關(guān)通過最小化開關(guān)損耗來幫助提高效率。當(dāng)諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的阻抗為電感性且具有大于零的相位角時(shí)，可實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。阻抗的相位角表示網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓與流過網(wǎng)絡(luò)的電流之間的相位角的差。當(dāng)阻抗為電感性時(shí)，網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓引出流過網(wǎng)絡(luò)的電流。在當(dāng)流過開關(guān)的電流為零時(shí)發(fā)生接通到斷開的轉(zhuǎn)換的時(shí)候，零電流開關(guān)可被實(shí)現(xiàn)。在諧振回路網(wǎng)絡(luò)阻抗為電容性且具有小于零的相位角時(shí)，零電流開關(guān)可被實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，電壓滯后于電流。

當(dāng)固態(tài)開關(guān)器件300、302、304、306為MOSFET時(shí)，期望實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)以減少開關(guān)損耗。IPT控制器220可以以特定順序命令開關(guān)器件對(duì)。在循環(huán)的部分期間，只有開關(guān)器件Q1 300和Q4 306可被接通。在循環(huán)的剩余部分期間，只有開關(guān)器件Q2302和Q3 304可被接通。在Q1 300和Q4 306接通期間，輸入電壓被施加到輸出端子。這可導(dǎo)致電流流到諧振回路網(wǎng)絡(luò)210。假定阻抗相位角是正的，電壓輸出引出電流。在某一時(shí)刻，開關(guān)器件Q1 300和Q4 306將被斷開。此時(shí)，沒有電流可流過Q1 300和Q4 306。然而，電路中流動(dòng)的任何電流尋找到通過與Q2 302和Q3 304關(guān)聯(lián)的二極管312、314的路徑。當(dāng)電流流過二極管312、314時(shí)，二極管312、314以及關(guān)聯(lián)的開關(guān)元件的兩端的電壓將是二極管的正向壓降，所述正向壓降通常是小電壓。開關(guān)元件Q2 302和Q3 304可在所述正向壓降近乎為零電壓時(shí)被接通?？舍槍?duì)接通開關(guān)元件Q1 300和Q4 306而構(gòu)建類似的分析。

諧振回路網(wǎng)絡(luò)210由電路元件的組合形成，所述電路元件包括補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)202、204和變壓器模型222。諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的輸入阻抗可由下列等式表示：

其中，R_e是輸出負(fù)載電阻，j是使得j²＝-1的虛數(shù)算子，ω是頻率。諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的輸入阻抗可以是從逆變器200的輸出端子觀察到的阻抗。

諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的輸入阻抗的幅值和相位可通過等式(1)確定。阻抗Z_in被表示為復(fù)數(shù)表達(dá)式并且可使用標(biāo)準(zhǔn)方法被轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)形式。具有實(shí)數(shù)項(xiàng)x和虛數(shù)項(xiàng)y的復(fù)數(shù)可被轉(zhuǎn)換為具有幅值P和角度θ的極坐標(biāo)形式。幅值P可被計(jì)算為x²和y²的和的平方根。角度θ可被計(jì)算為虛數(shù)項(xiàng)y除以實(shí)數(shù)項(xiàng)x的商的反正切。實(shí)數(shù)項(xiàng)和虛數(shù)項(xiàng)可被操縱，可推導(dǎo)得到阻抗相位角的表達(dá)式。

等式(1)描述變壓器模型222的參數(shù)值如何影響阻抗。變壓器模型222的參數(shù)值可以是預(yù)先已知的。參數(shù)值可以是標(biāo)定值或可經(jīng)由在線識(shí)別算法來識(shí)別。負(fù)載電阻R_e可在對(duì)牽引電池24充電期間基于電池的荷電狀態(tài)和溫度而變化。此外，負(fù)載電阻可基于可在充電期間被激活的其它負(fù)載(諸如，與電池制熱和制冷關(guān)聯(lián)的電力負(fù)載)而變化。負(fù)載電阻可包括牽引電池24的電阻。負(fù)載電阻可作為電力轉(zhuǎn)換器的效率和溫度的函數(shù)而變化。輸入阻抗的幅值和相位可作為負(fù)載電阻R_e以及線圈之間的耦合系數(shù)的函數(shù)而變化。發(fā)送線圈40與接收線圈34的對(duì)準(zhǔn)可影響耦合系數(shù)。

在逆變器200的輸出端子處的阻抗的相位角影響實(shí)現(xiàn)開關(guān)器件的零電壓開關(guān)的能力?？赏ㄟ^監(jiān)測(cè)從逆變器200輸出的電壓波形和電流波形來測(cè)量阻抗的相位角。IPT控制器220可與電壓傳感器進(jìn)行接口連接以測(cè)量逆變器輸出處的電壓。IPT控制器220可與電流傳感器進(jìn)行接口連接以測(cè)量在逆變器輸出處流動(dòng)的電流。作為示例，電壓波形和電流波形可被轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，當(dāng)波形為正時(shí)所述方波信號(hào)為正，當(dāng)波形為負(fù)時(shí)所述方波信號(hào)為零。相位角可基于方波信號(hào)的類似轉(zhuǎn)換之間的時(shí)間差來確定。其它配置可檢測(cè)電壓波形和電流波形的零交叉之間的時(shí)間差。其它方法是可行的，針對(duì)公開的系統(tǒng)，任何方法可以是可接受的。

在充電期間，因?yàn)榇篷詈峡赡茉谠摃r(shí)間期間是固定的，所以諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的參數(shù)可被認(rèn)為是恒定的。假定線圈的相對(duì)位置沒有變化，線圈之間的耦合系數(shù)可以是常數(shù)值。在這種情況下，輸入電壓和輸出電壓之間的增益也可以是不變的。諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的輸入阻抗相位角確定連接到諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的逆變器200的效率以及施加的VA負(fù)荷(stress)。輸入阻抗相位角和輸出功率可用作反饋參數(shù)以控制無功功率的量來產(chǎn)生逆變器開關(guān)器件的軟開關(guān)(ZVS)，同時(shí)還提高諧振回路網(wǎng)絡(luò)效率并輸送請(qǐng)求的輸出功率。

電力轉(zhuǎn)換器224可被配置為調(diào)整輸出電壓的幅值。電力轉(zhuǎn)換器224可在允許輸入電壓的范圍的同時(shí)調(diào)節(jié)負(fù)載電力。電力轉(zhuǎn)換器224可以是被配置為輸出與輸入的DC電壓不同的DC電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器。在一些配置中，DC/DC轉(zhuǎn)換器可以是降壓轉(zhuǎn)換器。在一些配置中，DC/DC轉(zhuǎn)換器可以包括降壓能力和升壓能力。車輛電力轉(zhuǎn)換器224可包括開關(guān)元件318，開關(guān)元件318將電壓輸出連接到負(fù)載。開關(guān)元件318可以是固態(tài)器件(諸如，MOSFET)或者可以是繼電器。

車輛可包括轉(zhuǎn)換器控制器228，轉(zhuǎn)換器控制器228被配置為控制電力轉(zhuǎn)換功能并與EVSE 38進(jìn)行接口連接。轉(zhuǎn)換器控制器228可輸出控制信號(hào)以操作電力轉(zhuǎn)換器224的開關(guān)元件318。針對(duì)開關(guān)元件318的控制信號(hào)的占空比可被調(diào)整以實(shí)現(xiàn)期望的電力轉(zhuǎn)換器224的輸出電壓。取決于電力轉(zhuǎn)換器224的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制電力轉(zhuǎn)換器224的輸出的其它方式可以是可用的。例如，頻率控制方法和/或相移控制方法可以是可用的。所描述的控制策略適用于多種電力轉(zhuǎn)換器配置。

所描述的IPT系統(tǒng)允許對(duì)系統(tǒng)中的特定電壓和電流的控制。逆變器200允許對(duì)輸入到諧振回路網(wǎng)絡(luò)210的電壓的控制。逆變器輸出電壓的幅值和頻率可通過以指定的方式操作固態(tài)開關(guān)器件來控制。另外，電力轉(zhuǎn)換器224的輸出電壓可通過調(diào)整電力轉(zhuǎn)換器224中的開關(guān)元件318的占空比來控制。所述占空比可在零和百分之一百之間變化，使得百分之一百的占空比使輸出電壓等于輸入電壓。電力轉(zhuǎn)換器224的輸出電壓可以是電壓輸入和占空比的乘積。控制逆變器200和電力轉(zhuǎn)換器224可允許輸出到牽引電池24的電力在各種情況下達(dá)到最大。

頻率控制的IPT系統(tǒng)可通過調(diào)整輸出電壓設(shè)定點(diǎn)和輸出負(fù)載電阻來提高效率。可控制這些參數(shù)以允許在更寬范圍的未對(duì)準(zhǔn)情況和/或系統(tǒng)組件的值的變化下進(jìn)行操作。將IPT系統(tǒng)直接連接到負(fù)載導(dǎo)致由于傳輸期望的負(fù)載電力而產(chǎn)生對(duì)輸出電壓的約束。如果DC/DC電力轉(zhuǎn)換器224連接在IPT系統(tǒng)和負(fù)載之間以調(diào)節(jié)負(fù)載電力，則IPT輸出電壓不再被輸出負(fù)載電力的變化所約束。這允許控制系統(tǒng)控制IPT輸出電壓以滿足其它目標(biāo)(諸如，軟開關(guān))。電壓設(shè)定點(diǎn)可控制輸入到電力轉(zhuǎn)換器224的電壓。

IPT系統(tǒng)可以是頻率控制的。即，逆變器200可被配置為調(diào)整逆變器輸出電壓的頻率。輸出電壓頻率的預(yù)定范圍可被定義使得頻率保持在預(yù)定范圍內(nèi)。頻率范圍可由IPT系統(tǒng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(例如，汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)標(biāo)準(zhǔn))來定義。

IPT系統(tǒng)可被配置為在預(yù)定范圍的耦合系數(shù)下進(jìn)行操作。例如，預(yù)定的最大量的線圈未對(duì)準(zhǔn)可被容許。耦合系數(shù)可被識(shí)別或估計(jì)。

充電系統(tǒng)可基于輸入阻抗相位角和輸出功率基準(zhǔn)來控制逆變器的輸出電壓。輸出功率基準(zhǔn)可以是對(duì)牽引電池24進(jìn)行充電以及在充電期間操作附件負(fù)載所需要的功率的量。輸出功率基準(zhǔn)可以是EVSE 38的額定充電功率。例如，額定以3.3kW進(jìn)行充電的充電站可將輸出功率基準(zhǔn)設(shè)定為3.3kW，以實(shí)現(xiàn)最大的電力傳輸。在一些配置中，輸出功率基準(zhǔn)可以是基于其它標(biāo)準(zhǔn)的。

IPT系統(tǒng)可被配置為實(shí)施控制策略以確定在電力轉(zhuǎn)換器224的輸入處的電壓基準(zhǔn)。IPT系統(tǒng)可運(yùn)轉(zhuǎn)使得作為電壓基準(zhǔn)的函數(shù)的功率輸出的曲線呈現(xiàn)峰值。在低于特定電壓基準(zhǔn)的情況下，功率輸出可隨著電壓增大而增大。在高于特定電壓基準(zhǔn)的情況下，功率輸出可隨著電壓增大而減小。IPT系統(tǒng)可被配置為針對(duì)峰值功率輸出來確定電壓基準(zhǔn)。

IPT系統(tǒng)可實(shí)施各種優(yōu)化策略。為了在線圈之間傳輸最大量的電力，IPT系統(tǒng)可實(shí)施最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)策略。IPT系統(tǒng)可實(shí)施最大效率點(diǎn)追蹤(MEPT)策略以優(yōu)化能量傳輸?shù)男省?yōu)化策略可包括擾動(dòng)和觀察分量。例如，可監(jiān)測(cè)對(duì)操作點(diǎn)的變化的響應(yīng)以確定系統(tǒng)響應(yīng)是否在優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的方向上。算法可包括電導(dǎo)增量策略，在所述電導(dǎo)增量策略中，電流相對(duì)于電壓變化的速率被監(jiān)測(cè)以確定功率如何變化。其它策略是可行的并且可以替代地被選擇。

所述系統(tǒng)可包括主控制器226，主控制器226實(shí)施極值搜索算法以最小化目標(biāo)函數(shù)。主控制器226可與IPT控制器220以及轉(zhuǎn)換器控制器228進(jìn)行通信，以傳送命令和接收反饋。主控制器226可實(shí)施優(yōu)化策略，所述優(yōu)化策略可輸入需要的功率輸出以及相位角基準(zhǔn)。需要的功率輸出可以是車輛用于對(duì)牽引電池24進(jìn)行充電和在充電期間操作負(fù)載所需求的電力的量。需要的功率輸出可以是充電系統(tǒng)的額定功率輸出。相位角基準(zhǔn)可被選擇以提供逆變器200中的開關(guān)元件的ZVS。

可行的控制策略在圖4中被描繪。目標(biāo)函數(shù)400可被開發(fā)以基于多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來優(yōu)化充電系統(tǒng)的操作。目標(biāo)函數(shù)400可包括基于測(cè)量的輸入阻抗相位角408與基準(zhǔn)相位角410之間的誤差的第一項(xiàng)404。第一差分元件418可輸出作為測(cè)量的輸入阻抗相位角408與基準(zhǔn)相位角410之間的差的阻抗相位角誤差。目標(biāo)函數(shù)400可被配置為最小化阻抗相位角誤差。例如，可定義形式W₁/(φ_error+0.1)的第一項(xiàng)404，其中，W₁為加權(quán)因子。項(xiàng)φ_error可以是逆變器200的輸出處的阻抗相位角誤差?；鶞?zhǔn)相位角410可以是預(yù)定的相位角。為了實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，基準(zhǔn)相位角410可被選為指示電壓引出電流的正值。例如，可選擇二十度的基準(zhǔn)相位角410以確保逆變器200的ZVS。

控制策略可包括相位角確定框440，相位角確定方框440被配置為測(cè)量或接收指示逆變器200的電壓輸出和電流輸出的信號(hào)。相位角確定框440可計(jì)算并輸出如前所述的網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗相位角408。

目標(biāo)函數(shù)400可包括第二項(xiàng)402，第二項(xiàng)402被配置為最小化測(cè)量的功率輸出412與基準(zhǔn)功率輸出414之間的輸出功率誤差。例如，第二項(xiàng)402可具有W₂/(P_error+0.1)的形式，其中，W₂為加權(quán)因子。第二差分元件416可輸出作為測(cè)量的功率輸出412與基準(zhǔn)功率輸出414之間的差的輸出功率誤差。項(xiàng)P_error可以是電力轉(zhuǎn)換器224的輸出處的輸出功率誤差。目標(biāo)函數(shù)400的加權(quán)因子可被選擇以在未對(duì)準(zhǔn)情況或系統(tǒng)組件變化的情況下使電力傳送優(yōu)先于輸入阻抗相位角控制。目標(biāo)函數(shù)400可包括用于將IPT系統(tǒng)操作限制在預(yù)定操作范圍內(nèi)的項(xiàng)。求和元件406可輸出第一加權(quán)項(xiàng)404和第二加權(quán)項(xiàng)402的總和以獲得最終的目標(biāo)函數(shù)值。

IPT系統(tǒng)可被配置為最大化目標(biāo)函數(shù)。在這樣的系統(tǒng)中，作為電壓的函數(shù)的目標(biāo)函數(shù)的關(guān)系可指示峰值。這樣的系統(tǒng)可被配置為朝著實(shí)現(xiàn)峰值目標(biāo)函數(shù)的方向改變電壓。例如，系統(tǒng)可被配置為當(dāng)目標(biāo)函數(shù)輸出與電壓基準(zhǔn)增大時(shí)增大電壓基準(zhǔn)。這可在目標(biāo)函數(shù)輸出的變化率和電壓基準(zhǔn)的變化率為正時(shí)被確定。系統(tǒng)可被配置為當(dāng)目標(biāo)函數(shù)輸出減小而電壓基準(zhǔn)增大時(shí)減小電壓基準(zhǔn)。這可在目標(biāo)函數(shù)輸出的變化率為負(fù)且電壓基準(zhǔn)的變化率為正時(shí)被確定。系統(tǒng)可被配置為控制電壓基準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)最大的目標(biāo)函數(shù)。類似地，系統(tǒng)可被配置為最小化可通過將加權(quán)因子的符號(hào)反相實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)函數(shù)。

可針對(duì)輸入到電力轉(zhuǎn)換器224的電壓確定電壓基準(zhǔn)436。電壓基準(zhǔn)436可以是基于加權(quán)的目標(biāo)函數(shù)400的。在一些配置中，目標(biāo)函數(shù)400可被求微分以確定目標(biāo)函數(shù)的變化率。第一微分元件420可輸出目標(biāo)函數(shù)400的輸出值的變化率。微分元件420可基于輸入值之間的差除以輸入值之間的時(shí)間而輸出輸入的變化率。所公開的目標(biāo)函數(shù)400的好處是在控制阻抗相位角以實(shí)現(xiàn)ZVS的同時(shí)仍然滿足基準(zhǔn)功率輸出。

電壓基準(zhǔn)436還可被求微分以確定電壓基準(zhǔn)436的變化率。第二微分元件422可輸出電壓基準(zhǔn)436的變化率。

目標(biāo)函數(shù)400的變化率和電壓基準(zhǔn)436的變化率可被輸入到增大/減小邏輯框424。電壓基準(zhǔn)436可基于電壓基準(zhǔn)436的斜率和加權(quán)目標(biāo)函數(shù)400的斜率而改變。此外，電壓基準(zhǔn)436可以是基于斜率的符號(hào)(正或負(fù))的。電壓基準(zhǔn)436可基于目標(biāo)函數(shù)斜率的符號(hào)和電壓基準(zhǔn)斜率的符號(hào)而增大或減小預(yù)定的電壓。例如，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)斜率的符號(hào)和電壓基準(zhǔn)斜率的符號(hào)相同時(shí)，電壓基準(zhǔn)可增大。當(dāng)兩個(gè)斜率都為正時(shí)，行為使得增大電壓基準(zhǔn)436增大目標(biāo)函數(shù)400的值。類似地，當(dāng)兩個(gè)斜率都為負(fù)時(shí)，行為使得減小電壓基準(zhǔn)436將減小目標(biāo)函數(shù)400，因此增大電壓基準(zhǔn)是優(yōu)選的。利用類似的分析，當(dāng)斜率的符號(hào)相反時(shí)，電壓基準(zhǔn)436可被減小。

在一些配置中，每次執(zhí)行控制策略時(shí)，電壓基準(zhǔn)436被增大或減小預(yù)定的電壓。在這些配置中，電壓基準(zhǔn)436針對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化的響應(yīng)被預(yù)定的電壓增大和/或減小所限制。

作為結(jié)果的系統(tǒng)(resulting system)輸出嘗試優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)400的電壓基準(zhǔn)436。目標(biāo)函數(shù)400可被配置為被最小化或最大化。電壓基準(zhǔn)436是電力轉(zhuǎn)換器224的輸入處的期望電壓。電流基準(zhǔn)框426可被實(shí)施以基于功率輸出基準(zhǔn)414和電壓基準(zhǔn)436來計(jì)算電流基準(zhǔn)438。電流基準(zhǔn)438可以是輸入到電力轉(zhuǎn)換器224的期望電流。

電壓基準(zhǔn)436可被輸入到頻率控制邏輯框428。頻率控制邏輯428可使用電壓基準(zhǔn)436來調(diào)整逆變器輸出電壓的頻率。電壓測(cè)量系統(tǒng)432可被配置為對(duì)車輛電力轉(zhuǎn)換器224的輸入處的電壓進(jìn)行測(cè)量和采樣。電壓測(cè)量系統(tǒng)432可被實(shí)施為車輛12中的轉(zhuǎn)換器控制器228的一部分并且可將值傳送到IPT控制器220。例如，電壓基準(zhǔn)436與輸入到電力轉(zhuǎn)換器224的電壓之間的誤差可被計(jì)算，并被用于比例積分(PI)控制策略以產(chǎn)生用于逆變器輸出的頻率基準(zhǔn)。IPT控制器220隨后可將逆變器220的開關(guān)調(diào)整到期望的頻率。隨著時(shí)間的流逝，輸入到電力轉(zhuǎn)換器224的電壓應(yīng)該跟隨電壓基準(zhǔn)436。

轉(zhuǎn)換器控制器228可實(shí)施電力轉(zhuǎn)換器控制策略430以控制電力轉(zhuǎn)換器224。在一些配置中，電力轉(zhuǎn)換器控制策略430可控制電力轉(zhuǎn)換器開關(guān)器件的占空比。電流基準(zhǔn)438可與輸入到電力轉(zhuǎn)換器224的實(shí)際輸入電流值一起被用在控制回路中。轉(zhuǎn)換器控制器228可包括電流測(cè)量系統(tǒng)434，電流測(cè)量系統(tǒng)434被配置為測(cè)量輸入到電力轉(zhuǎn)換器224的電流。例如，電流基準(zhǔn)438與測(cè)量的或估計(jì)的輸入到電力轉(zhuǎn)換器224的電流之間的誤差可被計(jì)算，并用在比例積分(PI)控制策略中以產(chǎn)生電力轉(zhuǎn)換器224的占空比。占空比可被用于確定改變電壓輸出的電力轉(zhuǎn)換器224的開關(guān)模式。注意的是，PI控制策略僅僅是各種可用的控制策略的示例，并且可無限制地選擇其它控制策略。

所公開的控制策略通過控制逆變器200的頻率來操作以提供輸入到電力轉(zhuǎn)換器224的電壓，所述電力轉(zhuǎn)換器224產(chǎn)生期望的功率輸出并使阻抗相位角趨向于預(yù)定阻抗相位角?？刂齐娏D(zhuǎn)換器224的占空比以滿足期望的功率輸出。

控制策略允許系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)或功率需求的變化做出響應(yīng)。例如，連接到電力轉(zhuǎn)換器224的負(fù)載的變化可影響系統(tǒng)的阻抗。在逆變器輸出處的阻抗的相位角可被改變使得逆變器的ZVS受影響。負(fù)載的變化可導(dǎo)致負(fù)載的功率需求的增大。這些變化可反映在加權(quán)目標(biāo)函數(shù)400中。基于目標(biāo)函數(shù)400的變化率，電壓基準(zhǔn)436可開始朝著優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)400的方向變化。因?yàn)殡妷夯鶞?zhǔn)436的變化率可被限制，所以電壓基準(zhǔn)436可以開始以預(yù)定速率變化。

電流基準(zhǔn)438(需求的功率414和電壓基準(zhǔn)436的函數(shù))可響應(yīng)于功率需求的增大而快速變化。電流基準(zhǔn)438可被提供給轉(zhuǎn)換器控制器228，轉(zhuǎn)換器控制器228隨后可調(diào)整占空比以實(shí)現(xiàn)電流基準(zhǔn)438。結(jié)果可以是電力轉(zhuǎn)換器224相對(duì)快速地反應(yīng)以嘗試滿足功率需求的增大。例如，需求的功率的增大可導(dǎo)致電流基準(zhǔn)438的增大。電流基準(zhǔn)438的增大可導(dǎo)致占空比的增大以增大從電力轉(zhuǎn)換器224輸出的電壓。電力轉(zhuǎn)換器224的電壓輸出可被電壓輸入限制。即，百分之一百占空比的電力轉(zhuǎn)換器輸出處的最大電壓等于輸入到電力轉(zhuǎn)換器的電壓。在一些情況下，可通過增大占空比來滿足功率輸出的增大。

在電壓基準(zhǔn)增大的情況下，輸入到電力轉(zhuǎn)換器224的電壓可增大以匹配基準(zhǔn)。隨著電壓基準(zhǔn)增大，電流基準(zhǔn)可作為響應(yīng)而減小。在一些時(shí)間之后，電壓基準(zhǔn)和電流基準(zhǔn)可穩(wěn)定在使目標(biāo)函數(shù)400最優(yōu)化的值。有時(shí)，目標(biāo)函數(shù)400可在最小或最大值處被最優(yōu)化。系統(tǒng)的穩(wěn)定條件可以是電壓基準(zhǔn)以接近最優(yōu)值的小幅值振蕩的操作狀態(tài)。

所公開的系統(tǒng)允許在實(shí)現(xiàn)ZVS的同時(shí)最大化到牽引電池的電力傳輸。通過控制逆變器200和電力轉(zhuǎn)換器224來實(shí)施控制。增加電力轉(zhuǎn)換器224提供使兩個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)成為可能的額外程度的控制。阻抗相位角和輸出功率可被用作反饋以控制無功功率的量來在傳輸需要的功率的同時(shí)引發(fā)逆變器開關(guān)的軟開關(guān)。在將整流后的電壓直接連接到牽引電池24的系統(tǒng)中，為了傳輸需要的功率而對(duì)輸出電壓造成約束。整流器206與牽引電池24之間的電力轉(zhuǎn)換器224允許用于調(diào)節(jié)輸出功率的額外程度的控制。隨后可控制逆變器200以滿足其它目標(biāo)(諸如，軟開關(guān))。

主控制器226的采樣率可比IPT控制器220和轉(zhuǎn)換器控制器228的采樣率低。這允許IPT控制器220實(shí)現(xiàn)電壓基準(zhǔn)，并允許轉(zhuǎn)換器控制器228實(shí)現(xiàn)電流基準(zhǔn)。其它控制器配置是可行的。例如，主控制器226的功能可在IPT控制器220或轉(zhuǎn)換器控制器228中實(shí)現(xiàn)。

所公開的策略允許IPT系統(tǒng)在寬范圍的耦合系數(shù)和系統(tǒng)組件值的變化內(nèi)傳輸全功率。所述策略還通過在逆變器開關(guān)器件的軟開關(guān)操作可行的區(qū)域內(nèi)操作來提高系統(tǒng)效率。發(fā)送線圈40和接收線圈34中的VA負(fù)荷被最小化，這可使使用較低成本的組件成為可能并提高了熱性能。所述策略還最小化了發(fā)送線圈和接收線圈中的電流循環(huán)量，這可使電磁場(chǎng)(EMF)暴露和輻射降到最低。

在此公開的處理、方法或算法可被傳送到處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)/通過處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，所述處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)可包括任何現(xiàn)有的可編程電子控制單元或者專用的電子控制單元。類似地，所述處理、方法或算法可以以多種形式被存儲(chǔ)為可被控制器或計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)據(jù)和指令，所述多種形式包括但不限于永久地存儲(chǔ)在非可寫存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如，ROM裝置)上的信息以及可變地存儲(chǔ)在可寫存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如，軟盤、磁帶、CD、RAM裝置以及其它磁介質(zhì)和光學(xué)介質(zhì))上的信息。所述處理、方法或算法還可被實(shí)現(xiàn)為軟件可執(zhí)行對(duì)象?？蛇x擇地，所述處理、方法或算法可使用合適的硬件組件(諸如，專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、狀態(tài)機(jī)、控制器或其它硬件組件或裝置)或者硬件、軟件和固件組件的組合被整體或部分地實(shí)現(xiàn)。

盡管上面描述了示例性實(shí)施例，但并不意在這些實(shí)施例描述了權(quán)利要求所涵蓋的所有可能形式。說明書中使用的詞語為描述性詞語而非限制，并且應(yīng)理解，可在不脫離本公開的精神和范圍的情況下作出各種改變。如前所述，各個(gè)實(shí)施例的特征可被組合，以形成可能未被明確描述或示出的本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。盡管各個(gè)實(shí)施例可能已被描述為提供優(yōu)點(diǎn)或者在一個(gè)或更多個(gè)期望的特性方面優(yōu)于其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，一個(gè)或更多個(gè)特征或特性可被折衷，以實(shí)現(xiàn)期望的整體系統(tǒng)屬性，期望的整體系統(tǒng)屬性取決于具體的應(yīng)用和實(shí)施方式。這些屬性可包括但不限于成本、強(qiáng)度、耐久性、生命周期成本、可銷售性、外觀、包裝、尺寸、維護(hù)保養(yǎng)方便性、重量、可制造性、裝配容易性等。因此，被描述為在一個(gè)或更多個(gè)特性方面不如其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式的實(shí)施例并不在本公開的范圍之外，并且可被期望用于特定的應(yīng)用。