松耦合變壓器的參數估計制造技術

本公開涉及松耦合變壓器的參數估計。一種參數估計系統包括被配置為被松散地感應耦合到第二線圈的第一線圈?？刂破鞅慌渲脼檩敵龅谝痪€圈和第二線圈的參數。所述控制器被配置為：基于僅來自第一線圈或第二線圈的電壓測量值和電流測量值來估計所述參數。所述電壓測量值和電流測量值可被用在卡爾曼濾波器中。在一些配置中，所述控制器還被配置為命令第二線圈的端子之間的短路并且將測試電壓施加到第一線圈。第一線圈可以是車輛充電站的一部分，第二線圈可以是車輛的一部分。所述參數可被用于控制車輛的充電。

Parameter estimation of loosely coupled transformer

The present disclosure relates to parameter estimation of loosely coupled transformers. A parameter estimation system includes a first coil configured to be loosely inductively coupled to the second coil. The controller is configured to output parameters of the first coil and the second coil. The controller is configured to estimate the parameters based on voltage measurement values and current measurement values derived from only the first coil or the second coil. The voltage measurement value and the current measurement value can be used in the Calman filter. In some configurations, the controller is also configured to command a short circuit between the terminals of the second coil and to apply the test voltage to the first coil. The first coil may be part of the vehicle charging station, and the second coil may be part of the vehicle. The parameters can be used to control the charging of the vehicle.

【技術實現步驟摘要】
松耦合變壓器的參數估計
本申請總體上涉及用于估計松耦合變壓器的參數的參數估計系統。
技術介紹
松耦合(分流)變壓器已經在現有技術中被用在許多設置和應用中。例如，當電力被供應給各種類型的負載時或者在感應無線電力傳輸應用中用于控制電流。與緊耦合的標準變壓器相比，松耦合變壓器具有更高的漏磁電抗并且其耦合系數低于標準變壓器。松耦合變壓器在初級線圈和次級線圈之間具有空氣間隙。一般說來，E型磁芯或多腿(multi-legged)磁芯與空氣間隔開的腿部(airgappedleg)結合使用。線圈和磁芯的類型和幾何形狀可以是不同的并且取決于應用。松耦合變壓器的特性可影響應用松耦合變壓器的系統的性能。根據應用，這些特性(包括初級線圈和次級線圈的自感、初級線圈和次級線圈之間的互感以及初級線圈和次級線圈的ESR(等效串聯電阻))對系統性能具有顯著的影響。松耦合變壓器的示例是包括用于為車輛供電的牽引電池的插電式混合動力電動車輛(PHEV)和電池電動車輛(BEV)。車輛可連接到外部電源以對牽引電池進行充電。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和車輛中的線圈來實現。通過線圈將電力從充電系統感應地傳輸到車輛。充電線圈的對準可通過插入充電柄(chargehandle)的充電端口來實現。其它系統可依賴于駕駛員來對準充電線圈。例如，充電系統可包括充電站地板中的線圈。車輛可包括在車輛的底面上的線圈，當車輛被定位在充電站中時，該線圈可接近地板線圈。充電的效率可取決于線圈的相對對準。
技術實現思路
一種變壓器參數估計系統包括第一線圈，所述第一線圈被配置為：感應耦合到第二線圈，使得表征第一線圈的和第二線圈的參數針對每次耦合而變化。所述系統還包括至少一個控制器，所述至少一個控制器被配置為：基于僅來自第一線圈的電壓測量值和電流測量值輸出所述參數的估計值，以減小測量的第一線圈電流和估計的第一線圈電流之間的誤差。所述至少一個控制器還可被配置為：命令將第二線圈的端子短路并且將測試電壓施加到第一線圈。所述至少一個控制器還可被配置為：執行所述命令和所述施加持續預定的持續時間。所述至少一個控制器還可被配置為：基于卡爾曼濾波器輸出所述參數的估計值，所述卡爾曼濾波器被配置為：使用所述電壓測量值和電流測量值來更新所述參數的估計值，以減小測量的第一線圈電流和根據由所述參數定義的模型導出的估計的第一線圈電流之間的誤差。所述參數可包括第一線圈和第二線圈之間的互感。所述參數可包括第一線圈的電阻和第一線圈的自感。所述參數可包括第二線圈的自感和第二線圈的電阻。一種車輛充電系統包括發射線圈和至少一個控制器，所述至少一個控制器被配置為：響應于檢測到車輛的接收線圈接近發射線圈，命令接收線圈的端子之間的短路，將測試電壓施加到發射線圈，并且基于僅來自發射線圈的電壓測量值和電流測量值來輸出發射線圈和接收線圈的參數。所述至少一個控制器還可被配置為：基于所述參數來選擇連接到發射線圈的可選擇的阻抗網絡的阻抗值，以增加從發射線圈傳輸到接收線圈的能量。所述至少一個控制器還可被配置為：基于所述參數來選擇連接到接收線圈的可選擇的阻抗網絡的阻抗值，以增加從發射線圈傳輸到接收線圈的能量。所述參數可包括發射線圈和接收線圈之間的互感。所述參數可包括發射線圈的電阻和發射線圈的自感。所述參數可包括接收線圈的自感和接收線圈的電阻。所述至少一個控制器還可被配置為：基于所述互感，命令連接到發射線圈的定位機構。所述測試電壓可以是具有小于標稱充電電壓的幅值的方波。所述至少一個控制器還可被配置為：基于卡爾曼濾波器輸出所述參數的估計值，所述卡爾曼濾波器被配置為：使用所述電壓測量值和電流測量值來更新所述參數的估計值，以減小測量的發射線圈電流和根據由所述參數定義的模型導出的估計的發射線圈電流之間的誤差。一種方法包括：由控制器命令第一線圈的端子之間的短路。所述方法還包括：將測試電壓施加到與第一線圈松耦合的第二線圈。所述方法還包括：由控制器基于僅來自第二線圈的電壓測量值和電流測量值輸出第一線圈和第二線圈的參數的估計值，以減小測量的第二線圈電流和估計的第二線圈電流之間的誤差。所述參數的估計值可包括第一線圈的自感和第二線圈的自感。所述方法還可包括：使用卡爾曼濾波器對所述電壓測量值和電流測量值進行濾波，所述卡爾曼濾波器被配置為：使用所述電壓測量值和電流測量值來更新所述參數的估計值，以減小測量的第二線圈電流和根據由所述參數定義的模型導出的估計的第二線圈電流之間的誤差。所述測試電壓可被施加持續預定的持續時間。附圖說明圖1是電氣化車輛的示例配置。圖2是車輛充電系統和模型的示例配置。圖3是描繪用于車輛充電系統的操作的示例流程圖。具體實施方式在此描述了本公開的實施例。然而，應該理解的是，所公開的實施例僅是示例，并且其它實施例可以采用各種和替代形式。附圖無需按比例繪制；一些特征可被夸大或最小化以示出特定組件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應被解釋為具有限制性，而僅僅作為用于教導本領域技術人員以多種方式利用本專利技術的代表性基礎。如本領域普通技術人員將理解的，參考任一附圖示出和描述的各種特征可與在一個或更多個其它附圖中示出的特征組合，以產生未被明確示出或描述的實施例。示出的特征的組合提供用于典型應用的代表性實施例。然而，可期望將與本公開的教導一致的特征的各種組合和變型用于特定的應用或實施方式。形成變壓器的松耦合線圈存在于各種系統和應用中。在松耦合變壓器中，第一線圈可充當初級線圈，第二線圈可充當次級線圈。施加到第一線圈的交流電壓或交流電在第二線圈中感應出電壓和電流。松耦合線圈的問題在于：每次線圈耦合時，線圈的相對定位可能會變化。相對定位的變化使得松耦合變壓器的參數變化。參數的變化影響在次級線圈中感應出的電壓和電流。為了提高松耦合變壓器的性能，準確地獲知參數是有益的。變壓器參數估計系統可提供對參數的估計，使得性能可得到提高。盡管存在許多變壓器參數估計系統的應用，但是這些概念可通過檢查車輛的無線充電系統來進行理解。注意，變壓器參數估計系統并不僅限于車輛充電應用。圖1描繪了通常被稱作插電式混合動力電動車輛(PHEV)的電氣化車輛12。典型的插電式混合動力電動車輛12可包括機械地連接到混合動力傳動裝置16的一個或更多個電機14。電機14能夠作為馬達或發電機來運轉。此外，混合動力傳動裝置16機械地連接到發動機18?；旌蟿恿鲃友b置16還機械地連接到驅動軸20，驅動軸20機械地連接到車輪22。電機14可在發動機18開啟或關閉時提供推進和減速能力。電機14還充當發電機并且能夠通過回收在摩擦制動系統中通常作為熱損失掉的能量來提供燃料經濟性效益。在特定狀況下，通過允許發動機18以更高效的速度運轉并允許混合動力電動車輛12在發動機18關閉的情況下以電動模式運轉，電機14還可減少車輛排放。電氣化車輛12可包括電池電動車輛(BEV)。BEV可不包括發動機18。牽引電池或電池組24存儲可由電機14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電連接到一個或更多個電力電子模塊26。一個或更多個接觸器42可在斷開時使牽引電池24與其它組件隔離，并在閉合時將牽引電池24連接到其它組件。電力電子模塊26還電連接到電機14，并且在牽引電池24和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種變壓器參數估計系統，包括：第一線圈，被配置為：感應耦合到第二線圈，使得表征第一線圈和第二線圈的參數針對每次耦合而變化；至少一個控制器，被配置為：基于僅來自第一線圈的電壓測量值和電流測量值輸出所述參數的估計值，以減小測量的第一線圈電流和估計的第一線圈電流之間的誤差。

【技術特征摘要】
2015.09.22 US 14/861,6171.一種變壓器參數估計系統，包括：第一線圈，被配置為：感應耦合到第二線圈，使得表征第一線圈和第二線圈的參數針對每次耦合而變化；至少一個控制器，被配置為：基于僅來自第一線圈的電壓測量值和電流測量值輸出所述參數的估計值，以減小測量的第一線圈電流和估計的第一線圈電流之間的誤差。2.如權利要求1所述的變壓器參數估計系統，其中，所述至少一個控制器還被配置為：命令將第二線圈的端子短路并且將測試電壓施加到第一線圈。3.如權利要求2所述的變壓器參數估計系統，其中，所述至少一個控制器還被配置為：執行所述命...

【專利技術屬性】
技術研發人員：薩拉·達卓斯，哈迪·馬雷克，穆罕默德·艾爾沙伊爾，克里斯托弗·W·貝爾，
申請(專利權)人：福特全球技術公司，
類型：發明
國別省市：美國,US