本申請(qǐng)總體上涉及用于估計(jì)松耦合變壓器的參數(shù)的參數(shù)估計(jì)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

松耦合(分流)變壓器已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中被用在許多設(shè)置和應(yīng)用中。例如，當(dāng)電力被供應(yīng)給各種類(lèi)型的負(fù)載時(shí)或者在感應(yīng)無(wú)線電力傳輸應(yīng)用中用于控制電流。與緊耦合的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)變壓器。松耦合變壓器在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間具有空氣間隙。一般說(shuō)來(lái)，E型磁芯或多腿(multi-legged)磁芯與空氣間隔開(kāi)的腿部(air gapped leg)結(jié)合使用。線圈和磁芯的類(lèi)型和幾何形狀可以是不同的并且取決于應(yīng)用。

松耦合變壓器的特性可影響應(yīng)用松耦合變壓器的系統(tǒng)的性能。根據(jù)應(yīng)用，這些特性(包括初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的自感、初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感以及初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的ESR(等效串聯(lián)電阻))對(duì)系統(tǒng)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(chē)輛供電的牽引電池的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛(PHEV)和電池電動(dòng)車(chē)輛(BEV)。車(chē)輛可連接到外部電源以對(duì)牽引電池進(jìn)行充電。車(chē)輛可支持牽引電池的無(wú)線充電。無(wú)線充電通過(guò)使用充電系統(tǒng)和車(chē)輛中的線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)線圈將電力從充電系統(tǒng)感應(yīng)地傳輸?shù)杰?chē)輛。充電線圈的對(duì)準(zhǔn)可通過(guò)插入充電柄(charge handle)的充電端口來(lái)實(shí)現(xiàn)。其它系統(tǒng)可依賴于駕駛員來(lái)對(duì)準(zhǔn)充電線圈。例如，充電系統(tǒng)可包括充電站地板中的線圈。車(chē)輛可包括在車(chē)輛的底面上的線圈，當(dāng)車(chē)輛被定位在充電站中時(shí)，該線圈可接近地板線圈。充電的效率可取決于線圈的相對(duì)對(duì)準(zhǔn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種變壓器參數(shù)估計(jì)系統(tǒng)包括第一線圈，所述第一線圈被配置為：感應(yīng)耦合到第二線圈，使得表征第一線圈的和第二線圈的參數(shù)針對(duì)每次耦合而變化。所述系統(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：基于僅來(lái)自第一線圈的電壓測(cè)量值和電流測(cè)量值輸出所述參數(shù)的估計(jì)值，以減小測(cè)量的第一線圈電流和估計(jì)的第一線圈電流之間的誤差。

所述至少一個(gè)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(cè)試電壓施加到第一線圈。所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：執(zhí)行所述命令和所述施加持續(xù)預(yù)定的持續(xù)時(shí)間。

所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：基于卡爾曼濾波器輸出所述參數(shù)的估計(jì)值，所述卡爾曼濾波器被配置為：使用所述電壓測(cè)量值和電流測(cè)量值來(lái)更新所述參數(shù)的估計(jì)值，以減小測(cè)量的第一線圈電流和根據(jù)由所述參數(shù)定義的模型導(dǎo)出的估計(jì)的第一線圈電流之間的誤差。所述參數(shù)可包括第一線圈和第二線圈之間的互感。所述參數(shù)可包括第一線圈的電阻和第一線圈的自感。所述參數(shù)可包括第二線圈的自感和第二線圈的電阻。

一種車(chē)輛充電系統(tǒng)包括發(fā)射線圈和至少一個(gè)控制器，所述至少一個(gè)控制器被配置為：響應(yīng)于檢測(cè)到車(chē)輛的接收線圈接近發(fā)射線圈，命令接收線圈的端子之間的短路，將測(cè)試電壓施加到發(fā)射線圈，并且基于僅來(lái)自發(fā)射線圈的電壓測(cè)量值和電流測(cè)量值來(lái)輸出發(fā)射線圈和接收線圈的參數(shù)。

所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：基于所述參數(shù)來(lái)選擇連接到發(fā)射線圈的可選擇的阻抗網(wǎng)絡(luò)的阻抗值，以增加從發(fā)射線圈傳輸?shù)浇邮站€圈的能量。所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：基于所述參數(shù)來(lái)選擇連接到接收線圈的可選擇的阻抗網(wǎng)絡(luò)的阻抗值，以增加從發(fā)射線圈傳輸?shù)浇邮站€圈的能量。所述參數(shù)可包括發(fā)射線圈和接收線圈之間的互感。所述參數(shù)可包括發(fā)射線圈的電阻和發(fā)射線圈的自感。所述參數(shù)可包括接收線圈的自感和接收線圈的電阻。

所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：基于所述互感，命令連接到發(fā)射線圈的定位機(jī)構(gòu)。所述測(cè)試電壓可以是具有小于標(biāo)稱(chēng)充電電壓的幅值的方波。所述至少一個(gè)控制器還可被配置為：基于卡爾曼濾波器輸出所述參數(shù)的估計(jì)值，所述卡爾曼濾波器被配置為：使用所述電壓測(cè)量值和電流測(cè)量值來(lái)更新所述參數(shù)的估計(jì)值，以減小測(cè)量的發(fā)射線圈電流和根據(jù)由所述參數(shù)定義的模型導(dǎo)出的估計(jì)的發(fā)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(cè)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(lái)自第二線圈的電壓測(cè)量值和電流測(cè)量值輸出第一線圈和第二線圈的參數(shù)的估計(jì)值，以減小測(cè)量的第二線圈電流和估計(jì)的第二線圈電流之間的誤差。

所述參數(shù)的估計(jì)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(duì)所述電壓測(cè)量值和電流測(cè)量值進(jìn)行濾波，所述卡爾曼濾波器被配置為：使用所述電壓測(cè)量值和電流測(cè)量值來(lái)更新所述參數(shù)的估計(jì)值，以減小測(cè)量的第二線圈電流和根據(jù)由所述參數(shù)定義的模型導(dǎo)出的估計(jì)的第二線圈電流之間的誤差。所述測(cè)試電壓可被施加持續(xù)預(yù)定的持續(xù)時(shí)間。

附圖說(shuō)明

圖1是電氣化車(chē)輛的示例配置。

圖2是車(chē)輛充電系統(tǒng)和模型的示例配置。

圖3是描繪用于車(chē)輛充電系統(tǒng)的操作的示例流程圖。

具體實(shí)施方式

在此描述了本公開(kāi)的實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解的是，所公開(kāi)的實(shí)施例僅是示例，并且其它實(shí)施例可以采用各種和替代形式。附圖無(wú)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(xì)節(jié)。因此，在此公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為具有限制性，而僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種方式利用本發(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，參考任一附圖示出和描述的各種特征可與在一個(gè)或更多個(gè)其它附圖中示出的特征組合，以產(chǎn)生未被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，可期望將與本公開(kāi)的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和變型用于特定的應(yīng)用或?qū)嵤┓绞健?/p>

形成變壓器的松耦合線圈存在于各種系統(tǒng)和應(yīng)用中。在松耦合變壓器中，第一線圈可充當(dāng)初級(jí)線圈，第二線圈可充當(dāng)次級(jí)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(yīng)出電壓和電流。松耦合線圈的問(wèn)題在于：每次線圈耦合時(shí)，線圈的相對(duì)定位可能會(huì)變化。相對(duì)定位的變化使得松耦合變壓器的參數(shù)變化。參數(shù)的變化影響在次級(jí)線圈中感應(yīng)出的電壓和電流。為了提高松耦合變壓器的性能，準(zhǔn)確地獲知參數(shù)是有益的。變壓器參數(shù)估計(jì)系統(tǒng)可提供對(duì)參數(shù)的估計(jì)，使得性能可得到提高。

盡管存在許多變壓器參數(shù)估計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用，但是這些概念可通過(guò)檢查車(chē)輛的無(wú)線充電系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行理解。注意，變壓器參數(shù)估計(jì)系統(tǒng)并不僅限于車(chē)輛充電應(yīng)用。圖1描繪了通常被稱(chēng)作插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛(PHEV)的電氣化車(chē)輛12。典型的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛12可包括機(jī)械地連接到混合動(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)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16機(jī)械地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)18?；旌蟿?dòng)力傳動(dòng)裝置16還機(jī)械地連接到驅(qū)動(dòng)軸20，驅(qū)動(dòng)軸20機(jī)械地連接到車(chē)輪22。電機(jī)14可在發(fā)動(dòng)機(jī)18開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)提供推進(jìn)和減速能力。電機(jī)14還充當(dāng)發(fā)電機(jī)并且能夠通過(guò)回收在摩擦制動(dòng)系統(tǒng)中通常作為熱損失掉的能量來(lái)提供燃料經(jīng)濟(jì)性效益。在特定狀況下，通過(guò)允許發(fā)動(dòng)機(jī)18以更高效的速度運(yùn)轉(zhuǎn)并允許混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)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還可減少車(chē)輛排放。電氣化車(chē)輛12可包括電池電動(dòng)車(chē)輛(BEV)。BEV可不包括發(fā)動(dòng)機(jī)18。

牽引電池或電池組24存儲(chǔ)可由電機(jī)14使用的能量。車(chē)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26。一個(gè)或更多個(gè)接觸器42可在斷開(kāi)時(shí)使?fàn)恳姵?4與其它組件隔離，并在閉合時(shí)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可使用三相AC電流來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。電力電子模塊26可將DC電壓轉(zhuǎn)換為三相AC電流來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)14。在再生模式下，電力電子模塊26可將來(lái)自用作發(fā)電機(jī)的電機(jī)14的三相AC電流轉(zhuǎn)換為與牽引電池24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，還可為其它車(chē)輛電力系統(tǒng)提供能量。車(chē)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(chē)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)高電壓電力負(fù)載46可連接到高電壓總線。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/或空氣調(diào)節(jié)壓縮機(jī)。

電氣化車(chē)輛12可被構(gòu)造為通過(guò)外部電源36給牽引電池24再充電。外部電源36可以是到電力插座的連接。外部電源36可電連接到充電器或電動(dòng)車(chē)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電力分配網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)。EVSE 38可提供用于對(duì)電源36和車(chē)輛12之間的能量傳輸進(jìn)行調(diào)節(jié)和管理的電路和控制。外部電源36可向EVSE 38提供DC電力或AC電力。

EVSE 38可具有一個(gè)或更多個(gè)發(fā)射線圈40，所述一個(gè)或更多個(gè)發(fā)射線圈40被構(gòu)造為接近車(chē)輛12的一個(gè)或更多個(gè)接收線圈34而放置。在一些構(gòu)造中，接收線圈34可位于被構(gòu)造為容納發(fā)射線圈40的充電端口中。在一些構(gòu)造中，接收線圈34可被位于車(chē)輛12的底面上。在一些構(gòu)造中，接收線圈34可位于車(chē)輛12的外表面附近。接收線圈34可電連接到充電器或車(chē)載電力轉(zhuǎn)換模塊32。電力轉(zhuǎn)換模塊32可對(duì)從EVSE 38供應(yīng)的電力進(jìn)行調(diào)節(jié)，以向牽引電池24提供合適的電壓水平和電流水平。電力轉(zhuǎn)換模塊32可與EVSE 38進(jìn)行接口連接，以協(xié)調(diào)對(duì)車(chē)輛12的電力傳輸。

非車(chē)載充電組件包括電源36、EVSE 38和發(fā)射線圈40。非車(chē)載充電組件可以是充電站的一部分。發(fā)射線圈40可被構(gòu)造在固定的位置上。例如，發(fā)射線圈40可位于停車(chē)區(qū)域的表面上。當(dāng)車(chē)輛12被停放在停車(chē)區(qū)域內(nèi)時(shí)，發(fā)射線圈40可接近接收線圈34。在一些構(gòu)造中，發(fā)射線圈40可以是可移動(dòng)的，以幫助與接收線圈34對(duì)準(zhǔn)。發(fā)射線圈40可被安裝到這樣一個(gè)機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)控制發(fā)射線圈40相對(duì)于接收線圈34的位置。

一個(gè)或更多個(gè)車(chē)輪制動(dòng)器44可被設(shè)置用于使車(chē)輛12減速并阻止車(chē)輛12的運(yùn)動(dòng)。車(chē)輪制動(dòng)器44可被液壓致動(dòng)、電氣致動(dòng)或它們的某種組合。車(chē)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可包括用于操作車(chē)輪制動(dòng)器44的其它組件。為了簡(jiǎn)潔，附圖描繪了制動(dòng)系統(tǒng)50和車(chē)輪制動(dòng)器44中的一個(gè)之間的單個(gè)連接。隱含了制動(dòng)系統(tǒng)50和其它車(chē)輪制動(dòng)器44之間的連接。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)組件并控制車(chē)輪制動(dòng)器44以用于車(chē)輛減速。制動(dòng)系統(tǒng)50可對(duì)駕駛員命令做出響應(yīng)并且還可自主運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)諸如穩(wěn)定性控制的功能。制動(dòng)系統(tǒng)50的控制器可在被另一控制器或子功能請(qǐng)求時(shí)實(shí)現(xiàn)施加請(qǐng)求的制動(dòng)力的方法。

車(chē)輛12中的電子模塊可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)可包括多個(gè)用于通信的信道。一個(gè)車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的信道可以是串行總線(諸如控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN))。車(chē)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(chē)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(lái)自輔助電池30的電力信號(hào)。不同的信號(hào)可通過(guò)車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的不同信道進(jìn)行傳送。例如，視頻信號(hào)可通過(guò)高速信道(例如，以太網(wǎng))進(jìn)行傳送，而控制信號(hào)可通過(guò)CAN或離散信號(hào)進(jìn)行傳送。車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)可包括幫助在模塊之間傳送信號(hào)和數(shù)據(jù)的任何硬件組件和軟件組件。車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)未在圖1中示出，但這也隱含了車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)可連接到存在于車(chē)輛12中的任何電子模塊的意思?？纱嬖谲?chē)輛系統(tǒng)控制器(VSC)48以協(xié)調(diào)各種組件的操作。

車(chē)輛12可包括用于與遠(yuǎn)離車(chē)輛12的裝置和系統(tǒng)進(jìn)行通信的無(wú)線通信模塊54。無(wú)線通信模塊54可包括具有用于與非車(chē)載裝置或系統(tǒng)進(jìn)行通信的天線的車(chē)載調(diào)制解調(diào)器。無(wú)線通信模塊54可以是蜂窩通信裝置以啟用經(jīng)由蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信。無(wú)線通信模塊54可以是與IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)族(即，WiFi)或WiMax網(wǎng)絡(luò)相兼容的無(wú)線局域網(wǎng)(LAN)裝置。無(wú)線通信模塊54可包括基于車(chē)輛的無(wú)線路由器，以允許在本地路由器范圍內(nèi)連接到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線通信模塊54可與車(chē)輛12中的一個(gè)或更多個(gè)控制器(例如，系統(tǒng)控制器48)進(jìn)行交互。

感應(yīng)充電系統(tǒng)或無(wú)線充電系統(tǒng)可利用EVSE中的一個(gè)或更多個(gè)發(fā)射線圈40和車(chē)輛12中的一個(gè)或更多個(gè)接收線圈34向車(chē)輛12傳輸能量。當(dāng)發(fā)射線圈40和接收線圈34彼此接近時(shí)，無(wú)線充電系統(tǒng)的操作可繼續(xù)進(jìn)行。在一些配置中，車(chē)輛12的操作者可將發(fā)射線圈40定位到充電端口內(nèi)，所述充電端口被配置為將發(fā)射線圈40與接收線圈34對(duì)準(zhǔn)。在一些配置中，發(fā)射線圈40可位于充電站的固定位置上。可通過(guò)在充電站內(nèi)移動(dòng)車(chē)輛12移動(dòng)來(lái)對(duì)接收線圈34進(jìn)行定位。在許多配置中，發(fā)射線圈40相對(duì)于接收線圈34的對(duì)準(zhǔn)可變化。松耦合發(fā)射線圈40和接收線圈34可被建模為由多個(gè)參數(shù)限定的變壓器。發(fā)射線圈40和接收線圈34的不同的對(duì)準(zhǔn)可導(dǎo)致變壓器參數(shù)值的差異。

無(wú)線充電系統(tǒng)可被建模為包括變壓器的電路。所述變壓器可使用電阻器、電感器和電壓源進(jìn)行建模。圖2描繪了應(yīng)用于車(chē)輛的無(wú)線充電系統(tǒng)的變壓器參數(shù)估計(jì)系統(tǒng)的一種可行配置。圖2還描繪了可行的變壓器模型的電路圖。該變壓器模型包括初級(jí)側(cè)電路102和次級(jí)側(cè)電路104。初級(jí)側(cè)電路102表示發(fā)射線圈40。次級(jí)側(cè)電路104表示車(chē)輛12中的接收線圈34。初級(jí)側(cè)電路102可被連接到EVSE 38和電源36以傳輸能量。初級(jí)側(cè)電路102的輸入可以是初級(jí)輸入電壓V₁ 118。初級(jí)輸入電壓118可以是由EVSE 38控制的交流(AC)電壓。流過(guò)初級(jí)側(cè)電路102的可以是初級(jí)電流I₁ 120。初級(jí)電流120表示流過(guò)發(fā)射線圈40的電流。次級(jí)側(cè)電路104的輸出可以是次級(jí)輸出電壓V₂ 122。流過(guò)次級(jí)側(cè)電路104的可以是次級(jí)電流I₂ 124。次級(jí)電流124表示流過(guò)接收線圈34的電流。次級(jí)側(cè)電路104的輸出可被連接到牽引電池24。

發(fā)射線圈電壓測(cè)量電路134可跨接在(由初級(jí)側(cè)電路102表示的)發(fā)射線圈40的端子上，以便于測(cè)量施加的電壓。發(fā)射線圈電流測(cè)量傳感器132可連接到發(fā)射線圈40以測(cè)量發(fā)射線圈電流120。EVSE 38可包括被配置為測(cè)量發(fā)射線圈電壓118和發(fā)射線圈電流120的控制器130。來(lái)自發(fā)射線圈電壓測(cè)量電路134和發(fā)射線圈電流測(cè)量傳感器132的輸出信號(hào)可被連接到控制器130。

接收線圈電壓測(cè)量電路140可被跨接在(由次級(jí)側(cè)電路104表示的)接收線圈34的輸出端子上，以便于測(cè)量輸出電壓。接收線圈電流測(cè)量傳感器138可連接到接收線圈34以測(cè)量接收線圈電流124。車(chē)輛12可包括被配置為測(cè)量接收線圈電壓122和接收線圈電流124的車(chē)輛充電控制器136。在一些配置中，車(chē)輛充電控制器136可以是電力轉(zhuǎn)換模塊32的一部分。來(lái)自接收線圈電壓測(cè)量電路140和接收線圈電流測(cè)量傳感器138的輸出信號(hào)可連接到車(chē)輛充電控制器136?？刂破?30和136可包括合適的縮放和濾波電路，以提供準(zhǔn)確的電壓測(cè)量值和電流測(cè)量值。控制器130和136還可包括峰值檢測(cè)電路或用于將AC信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流(DC)信號(hào)的其它電路?？刂破?30和136可包括一個(gè)或更多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以將模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。

變壓器模型的初級(jí)側(cè)電路102包括初級(jí)電阻R₁ 106、初級(jí)電感L₁ 108和取決于次級(jí)電流的電壓發(fā)生器110的串聯(lián)連接。次級(jí)側(cè)電路104包括次級(jí)電阻R₂ 112、次級(jí)電感L₂ 114和初級(jí)電流相關(guān)電壓發(fā)生器116的串聯(lián)連接。充電系統(tǒng)的參數(shù)包括影響電流相關(guān)電壓發(fā)生器110和116的增益的初級(jí)電阻R₁106、次級(jí)電阻R₂ 112、初級(jí)電感L₁ 108、次級(jí)電感L₂ 114和互感M。

變壓器模型的電壓V₁和V₂可表示為：

V₁＝j(luò)ωL₁I₁+R₁I₁+jωMI₂ (1)

V₂＝j(luò)ωMI₁-jωL₂I₂-R₂I₂ (2)

注意，初級(jí)側(cè)電路102取決于次級(jí)電流124，而次級(jí)側(cè)電路104取決于初級(jí)電流120。

電流相關(guān)電壓源110和116對(duì)變壓器的能量傳輸進(jìn)行建模。在次級(jí)側(cè)電路104中，初級(jí)電流相關(guān)電壓發(fā)生器116可充當(dāng)輸入。在次級(jí)側(cè)電路104中感應(yīng)出的電壓還可以是基于施加的電壓118的頻率ω以及變壓器的互感M的。

可通過(guò)對(duì)等式(1)和等式(2)應(yīng)用拉普拉斯變換來(lái)計(jì)算初級(jí)電流120和次級(jí)電流124。由此產(chǎn)生的表達(dá)式為：

I₁和I₂兩者取決于輸出電壓V₂。在一些配置中，輸出電壓V₂可以是高電壓電平。用于測(cè)量高電壓電平的電壓傳感器的額外成本可增加整體車(chē)輛成本。在一些配置中，可通過(guò)跨越次級(jí)側(cè)電路104的輸出安裝開(kāi)關(guān)元件144來(lái)避免對(duì)輸出電壓V₂的測(cè)量。當(dāng)開(kāi)關(guān)元件144處于閉合位置時(shí)，電壓V₂可以是零。通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)元件144，等式(3)和等式(4)中引用的V₂可被設(shè)置為零。一些配置可包括用于輸出電壓V₂的電壓傳感器，在這種情況下，等式(3)和等式(4)可被直接使用。

開(kāi)關(guān)元件144可以是連接到車(chē)輛充電控制器136的繼電器或固定開(kāi)關(guān)裝置。車(chē)輛充電控制器136可被配置為將開(kāi)關(guān)元件144驅(qū)動(dòng)至斷開(kāi)位置和閉合位置。車(chē)輛充電控制器136可包括適當(dāng)?shù)慕涌陔娐芬葬槍?duì)選擇的裝置以合適的電壓和電流水平驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件144。

當(dāng)開(kāi)關(guān)元件144處于閉合位置時(shí)，等式(3)和等式(4)可被簡(jiǎn)化為：

等式(5)和等式(6)可以以一般離散形式表示如下：

其中，z表示延遲算子。

對(duì)于針對(duì)函數(shù)I₁/V₁測(cè)量V₁和I₁的配置，用于等式(7)的a系數(shù)和b系數(shù)可計(jì)算如下：

a₀＝R₂T²-2L₂T (8)

a₁＝2R₂T² (9)

a₂＝R₂T²+2L₂T (10)

b₀＝4L₁L₂-4M²-2T(L₁R₂+L₂R₁)+R₁R₂T² (11)

b₁＝8M²+2R₁R₂T²-8L₁L₂ (12)

b₂＝2T(L₁R₂+L₂R₁)-4M²+4L₁L₂+R₁R₂T² (13)

其中，T是測(cè)量的電流和電壓的采樣時(shí)間。

對(duì)于針對(duì)函數(shù)I₂/V₁測(cè)量V₂和I₂的配置，用于等式(7)的b系數(shù)還表示為等式(11)至等式(13)，并且a系數(shù)表示為：

a₀＝-2MT (14)

a₁＝0 (15)

a₂＝2MT (16)

等式(7)至等式(16)提供了作為初級(jí)側(cè)電路輸入電壓118的函數(shù)的電流的離散時(shí)間模型。在變壓器參數(shù)已知的前提下，可計(jì)算所述電流。在線圈不相對(duì)于彼此移動(dòng)的固定變壓器應(yīng)用中，參數(shù)的知識(shí)可以是已知的和預(yù)先固定的。然而，在車(chē)輛充電應(yīng)用中，發(fā)射線圈40和接收線圈34可能相對(duì)于彼此未對(duì)準(zhǔn)。每個(gè)充電會(huì)話可導(dǎo)致不同的相對(duì)線圈放置。因此，固定的參數(shù)值對(duì)于操作充電系統(tǒng)可能是無(wú)效的。更好的方法可以是在每次充電將要被啟動(dòng)時(shí)對(duì)參數(shù)值進(jìn)行估計(jì)。

在其它配置中，開(kāi)關(guān)元件144可跨越發(fā)射線圈40而放置并且連接到EVSE控制器130以進(jìn)行控制。在該配置中，發(fā)射線圈40和接收線圈34的角色可被顛倒。注意，在這種情況下，電壓V₁為零，等式(3)和等式(4)必須相應(yīng)地進(jìn)行更新。以類(lèi)似的方式推導(dǎo)其余的等式。

一種用于估計(jì)系統(tǒng)參數(shù)的方法是利用卡爾曼濾波器。針對(duì)計(jì)算I₁，等式(7)至等式(13)可表示為：

a₀V₁(k-2)+a₁V₁(k-1)+a₂V₁(k)＝b₀I₁(k-2)+b₁I₁(k-1)+b₂I₁(k) (17)

其中，通常，對(duì)于函數(shù)“f”，f(k)表示函數(shù)的當(dāng)前采樣，f(k-n)表示函數(shù)在當(dāng)前采樣之前的n個(gè)采樣周期的采樣?？舍槍?duì)I₁求解等式(17)，以得到：

可通過(guò)以以下形式表示等式(18)來(lái)實(shí)現(xiàn)卡爾曼濾波器的遞歸參數(shù)估計(jì)：

Y(k)＝Φ^T(k)*Θ(k) (19)

其中，Y為系統(tǒng)輸出，Φ被稱(chēng)為回歸量，Θ為參數(shù)向量。

參數(shù)向量Θ和回歸量Φ可表示為：

一種可行的卡爾曼濾波器估計(jì)方案可通過(guò)以下等式來(lái)表示：

K(k+1)＝Q(k+1)*Φ(k+1) (22)

其中，為對(duì)參數(shù)的估計(jì)，Y(k+1)為測(cè)量的初級(jí)電路電流，K、Q和P如示出的被計(jì)算，R₁和R₂為常量。在使用卡爾曼濾波器算法計(jì)算參數(shù)之后，所述參數(shù)可被用于其它計(jì)算。還可利用其它參數(shù)估計(jì)方案(諸如最小二乘估計(jì))?？柭鼮V波器的其它實(shí)施方式是可行的。在一些配置中，可選擇不同的回歸量和參數(shù)向量。

回歸量由初級(jí)電壓的測(cè)量值和存儲(chǔ)值以及初級(jí)電流的測(cè)量值和存儲(chǔ)值組成?？墒褂每柭鼮V波器來(lái)估計(jì)參數(shù)向量。一旦參數(shù)被估計(jì)，則可使用單獨(dú)的值來(lái)針對(duì)參數(shù)值求解等式(8)至等式(13)。通過(guò)代入用于系數(shù)的適當(dāng)?shù)牡仁?8)至等式(13)，可根據(jù)模型參數(shù)來(lái)表示根據(jù)a系數(shù)和b系數(shù)的估計(jì)的參數(shù)值。依據(jù)模型參數(shù)和估計(jì)的值，這導(dǎo)出了最終的方程組，所述估計(jì)的值隨后可針對(duì)模型參數(shù)被求解。描述的卡爾曼濾波器可在EVSE控制器130中實(shí)現(xiàn)。

卡爾曼濾波器運(yùn)行以減少測(cè)量的發(fā)射線圈電流(Y)和從由參數(shù)定義的模型中導(dǎo)出的估計(jì)的發(fā)射線圈電流之間的誤差。該誤差被用于更新參數(shù)的估計(jì)。隨著時(shí)間的推移，參數(shù)的估計(jì)可收斂到最終值，使得誤差被驅(qū)動(dòng)至大約為零。

在一些配置中，可期望僅估計(jì)互感M。這種簡(jiǎn)化假設(shè)電阻值和電感值是事先已知的。在該配置中，電阻值和電感值可被帶入等式。參數(shù)向量和回歸量可被調(diào)整以反映已知值。結(jié)果可能是減少將要求解的等式的數(shù)量，從而導(dǎo)致計(jì)算資源的減少。

在車(chē)輛應(yīng)用中，充電系統(tǒng)識(shí)別模式可在接觸器42處于斷開(kāi)位置使得牽引電池24與次級(jí)側(cè)電路104隔離的情況下來(lái)執(zhí)行?？赏ㄟ^(guò)儲(chǔ)存在輔助電池30中的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛充電控制器136。車(chē)輛充電控制器136可連接到開(kāi)關(guān)元件144，以控制開(kāi)關(guān)元件144的狀態(tài)。車(chē)輛充電控制器136還可連接到接觸器42，以便于在識(shí)別模式期間對(duì)接觸器42進(jìn)行控制。在車(chē)輛12的正常操作期間，開(kāi)關(guān)元件144可處于斷開(kāi)位置以防止使?fàn)恳姵?4短路?？稍诔潆娤到y(tǒng)識(shí)別模式期間將開(kāi)關(guān)元件144放置在閉合位置。一旦參數(shù)已被識(shí)別并輸出，則開(kāi)關(guān)元件144可被斷開(kāi)且接觸器42閉合。牽引電池24的正常充電可在參數(shù)識(shí)別之后被啟動(dòng)。

EVSE控制器130和車(chē)輛充電控制器136可進(jìn)行通信以協(xié)調(diào)充電系統(tǒng)識(shí)別模式。EVSE 38可包括被配置為與車(chē)輛12的無(wú)線通信模塊54建立無(wú)線通信信道的無(wú)線通信接口142?？稍贓VSE控制器130和車(chē)輛12中的控制器(包括車(chē)輛充電控制器136)之間交換控制數(shù)據(jù)和信息。EVSE控制器130可將變壓器參數(shù)值傳送至車(chē)輛充電控制器136。

車(chē)輛12還可包括連接到接收線圈34的可選擇的次級(jí)側(cè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。EVSE 38還可包括與連接到發(fā)射線圈40的可選擇的初級(jí)側(cè)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。所述阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)可包括可變電阻和/或電容器以幫助匹配發(fā)射線圈40和接收線圈34之間的阻抗。基于針對(duì)變壓器模型識(shí)別的參數(shù)，可選擇的阻抗可針對(duì)發(fā)射線圈40和接收線圈34中的一者或兩者而被選擇。該阻抗可被選擇為使從發(fā)射線圈40傳輸?shù)浇邮站€圈34的能量最大化。該阻抗值可根據(jù)來(lái)自控制器中的一個(gè)或更多個(gè)的控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行選擇。

針對(duì)將要發(fā)生的識(shí)別，可將測(cè)試電壓施加到發(fā)射線圈40。測(cè)試電壓可以是用于激勵(lì)系統(tǒng)以考慮改善的參數(shù)識(shí)別的預(yù)定頻率的脈沖電壓或方波?？蓤?zhí)行該識(shí)別，直到估計(jì)的電流和實(shí)際測(cè)量的電流之間的誤差小于預(yù)定誤差為止。還可施加測(cè)試電壓持續(xù)預(yù)定的持續(xù)時(shí)間。測(cè)試電壓的幅值可小于典型的充電電壓幅值。

可在特定的狀況下進(jìn)入充電系統(tǒng)識(shí)別模式。一種可行的狀況是當(dāng)車(chē)輛12進(jìn)入充電站并且啟動(dòng)充電周期時(shí)。另一種狀況可以是操作者將感應(yīng)充電連接器物理地插入到車(chē)輛充電端口中。在一些配置中，充電站和車(chē)輛12可經(jīng)由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行通信。當(dāng)發(fā)射線圈40接近接收線圈34時(shí)，可進(jìn)入充電系統(tǒng)識(shí)別模式?？刂破骺山邮罩甘驹诎l(fā)射線圈40接近接收線圈34的信號(hào)。例如，當(dāng)插入充電插頭時(shí)，充電端口可提供信號(hào)。此外，控制器130和136可在車(chē)輛接近充電站時(shí)建立無(wú)線通信。

變壓器參數(shù)值可被用于確定發(fā)射線圈40與接收線圈34的相對(duì)位置。預(yù)定的參數(shù)值對(duì)于發(fā)射線圈40相對(duì)于接收線圈34的最佳位置可以是已知的?？蓪⒆儔浩鲄?shù)與預(yù)定的參數(shù)值進(jìn)行比較以確定發(fā)射線圈40是否可相對(duì)于接收線圈34進(jìn)行更好地定位。在一些配置中，電池充電系統(tǒng)可包括用于發(fā)射線圈40或接收線圈34的定位機(jī)構(gòu)。定位機(jī)構(gòu)可被配置為改變線圈的相對(duì)位置以提高充電系統(tǒng)的性能?？苫诠烙?jì)的互感值或估計(jì)的變壓器參數(shù)值和預(yù)定的參數(shù)值之間的差異來(lái)對(duì)發(fā)射線圈40進(jìn)行定位。

變壓器參數(shù)值可被用于提高車(chē)輛充電處理的效率?？善谕ヅ浒l(fā)射線圈40和接收線圈34之間的阻抗。充電系統(tǒng)可包括連接到發(fā)射線圈40和/或接收線圈34的可選擇的阻抗網(wǎng)絡(luò)。可選擇的阻抗網(wǎng)絡(luò)可包括與線圈串聯(lián)的可選擇的電容以調(diào)整感應(yīng)充電的性能。控制器130和136可產(chǎn)生用于選擇網(wǎng)絡(luò)的阻抗值的控制信號(hào)。參數(shù)值還可被用于檢測(cè)可影響車(chē)輛充電處理的診斷狀況。例如，在預(yù)定范圍之外的任何參數(shù)值可指示組件故障。

所公開(kāi)的變壓器參數(shù)估計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：可基于僅來(lái)自第一線圈的電壓和電流的測(cè)量值來(lái)計(jì)算第一線圈和第二線圈的變壓器模型參數(shù)。該計(jì)算可在單個(gè)控制器內(nèi)被執(zhí)行，使得測(cè)量值可被同步。這避免了可能與第一線圈的測(cè)量不同步的通過(guò)第二控制器的第二線圈的電流或電壓的測(cè)量。

圖3描繪了應(yīng)用于可在一個(gè)或更多個(gè)控制器130和136中執(zhí)行的車(chē)輛充電應(yīng)用的變壓器參數(shù)估計(jì)系統(tǒng)的可行的操作序列。在判定框200，邏輯可檢測(cè)到車(chē)輛被耦合到充電站。如果結(jié)果是否定的，則邏輯可被重復(fù)。如果結(jié)果是肯定的，即，如果車(chē)輛和充電站被耦合，則邏輯可繼續(xù)進(jìn)行。更為普遍地說(shuō)，這種檢查是為了確定第一線圈和第二線圈是否彼此接近。

在操作202，可執(zhí)行指令以將牽引電池24與接收線圈34隔離。例如，接觸器42可被斷開(kāi)。在一些配置中，可在接收線圈34和電力轉(zhuǎn)換模塊32之間包括額外的接觸器組。在操作204，可執(zhí)行指令以使接收線圈34的端子短路。

在操作206，可將測(cè)試電壓施加到發(fā)射線圈40。測(cè)試電壓可在接收線圈34中產(chǎn)生電壓和電流。在操作208，電壓和電流信號(hào)被測(cè)量和存儲(chǔ)以進(jìn)行處理。在操作210，可執(zhí)行指令以執(zhí)行參數(shù)估計(jì)。例如，可實(shí)施上述的卡爾曼濾波方案以獲得參數(shù)估計(jì)值。在判定框212，可檢查參數(shù)估計(jì)的完成。完成標(biāo)準(zhǔn)可包括持續(xù)時(shí)間和估計(jì)誤差小于閾值。

在操作214，可執(zhí)行指令以計(jì)算和輸出參數(shù)的最終值。例如，可將卡爾曼濾波器參數(shù)帶入適當(dāng)?shù)牡仁?，并且可針?duì)最終的參數(shù)值求解所述等式。然后，可向那些模塊和功能輸出這些參數(shù)以控制車(chē)輛和充電站的各種功能。

在此公開(kāi)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(guò)處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，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?qū)Ｓ玫碾娮涌刂茊卧?。?lèi)似地，所述處理、方法或算法可以以多種形式被存儲(chǔ)為可由控制器或計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)據(jù)和指令，其中，所述多種形式包括但不限于永久地存儲(chǔ)在非可寫(xiě)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(xiě)存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如，軟盤(pán)、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、方法或算法還可在軟件可執(zhí)行對(duì)象中被實(shí)現(xiàn)。可選地，可使用合適的硬件組件(諸如，專(zhuān)用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、狀態(tài)機(jī)、控制器或其它硬件組件或裝置)或硬件、軟件和固件組件的組合來(lái)整體或部分地實(shí)現(xiàn)所述處理、方法或算法。

雖然以上描述了示例性實(shí)施例，但這些實(shí)施例并不意在描述權(quán)利要求所涵蓋的所有可能形式。說(shuō)明書(shū)中所使用的詞語(yǔ)是描述性詞語(yǔ)而非限制性詞語(yǔ)，并且應(yīng)理解的是，可在不脫離本公開(kāi)的精神和范圍的情況下做出各種改變。如前所述，可將各種實(shí)施例的特征進(jìn)行組合以形成本發(fā)明的可能未被明確描述或示出的進(jìn)一步的實(shí)施例。盡管針對(duì)一個(gè)或更多個(gè)期望特性，各種實(shí)施例已經(jīng)被描述為提供在其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式之上的優(yōu)點(diǎn)或優(yōu)于其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)特定應(yīng)用和實(shí)施方式，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。這些屬性可包括但不限于成本、強(qiáng)度、耐用性、生命周期成本、市場(chǎng)性、外觀、包裝、尺寸、可維護(hù)性、重量、可制造性、裝配的容易性等。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)實(shí)施方式滿足期望的實(shí)施例并非在本公開(kāi)的范圍之外，并可被期望用于特定的應(yīng)用。