CN103545900A - 无线充电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无线充电系统及方法，该无线充电系统包括无线电能模块，所述无线电能模块包括具有发送和接收无线电能的线圈，所述线圈传输的无线电能信号中具有能够被所述无线电能模块识别的通信信号，所述无线电能模块包括识别所述通信信号的识别模块。本发明的有益效果是本发明是对现有的无线充电技术进行进一步的改良，使得充电器内的无线充电线圈可以实现同时传输能量和传输数据。使得无线充电的成本和体积将进一步降低，这将无线充电技术的发展。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电领域，尤其涉及无线充电系统及方法。
背景技术
面对日益严峻的能源问题，各大车厂纷纷推出各自的电动汽车，电动汽车的出现同时也带来了一个新的问题，那就是电动汽车的充电问题。电动汽车充电不同于传统的燃油车的加油，传统的燃油车只需要几分钟即可以加满燃油，而电动汽车的普通充电一般都在8个小时以上才能充满，一定程度上制约了电动汽车产业的发展。随着无线充电技术的越来越成熟，已有部分厂商开始将无线充电技术应用到电动汽车充电中去，实现了电动汽车充电的多样化和灵活化。
由于对电动汽车电池充电需要各种严格的保护，如充电电压、电流、电池温度等数据都需要在充电器与电池之间传输。然而现有的电动汽车无线充电技术的应用范围仅仅是对电动汽车电池进行充电，充电器与电动车之间的数据传输需要依靠另一部分的电路和发射接收天线，但是多一部分电路就需要多一份的成本，而且抗干扰能力、兼容性和标准化都制约了电动汽车无线充电的发展。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种无线充电系统。
本发明提供了一种无线充电系统，包括无线电能模块，所述无线电能模块包括具有发送和接收无线电能的线圈，所述线圈传输的无线电能信号中具有能够被所述无线电能模块识别的通信信号，所述无线电能模块包括识别所述通信信号的识别模块。
作为本发明的进一步改进，所述无线电能模块通过电磁共振方式发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号的波形为一个载波信号频率为
的调制信号。
作为本发明的进一步改进，所述无线电能模块通过电场耦合方式、电磁感应方式、无线电波方式中的任一种发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号为具有设定时间通断的振荡信号。
作为本发明的进一步改进，所述识别模块将通信信号以一个下降沿为开始到下一个下降沿结束作为一位，在一个字节中一个上升沿到下一个下降沿的时间长的为1、时间短的为0，0和1的数据段组成数据。
作为本发明的进一步改进，所述无线电能模块至少为两个，其中一个无线电能模块作为供电模块，其中另一个无线电能模块作为受电模块。
本发明还提供了一种无线充电方法，通过无线电能模块中的线圈发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号中具有能够被所述无线电能模块识别的通信信号，通过无线电能模块中的识别模块识别所述通信信号。
作为本发明的进一步改进，所述无线电能模块通过电磁共振方式发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号的波形为一个载波信号频率为
的调制信号。
作为本发明的进一步改进，所述无线电能模块通过电场耦合方式、电磁感应方式、无线电波方式中的任一种发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号为具有设定时间通断的振荡信号。
作为本发明的进一步改进，所述识别模块将通信信号以一个下降沿为开始到下一个下降沿结束作为一位，在一个字节中一个上升沿到下一个下降沿的时间长的为1、时间短的为0，0和1的数据段组成数据。
作为本发明的进一步改进，所述无线电能模块至少为两个，其中一个无线电能模块作为供电模块，其中另一个无线电能模块作为受电模块。
本发明的有益效果是：本发明是对现有的无线充电技术进行进一步的改良，使得充电器内的无线充电线圈可以实现同时传输能量和传输数据。使得无线充电的成本和体积将进一步降低，这将无线充电技术的发展。
附图说明
图1是现有的无线充电原理图。
图2是本发明的无线充电原理。
图3是本发明在线圈上得到的通信信号。
图4是本发明的无线传输的数据的识别原理图。
图5是现有的供电电路输出信号原理图。
图6是本发明供电电路输出信号原理图。
具体实施方式
本发明公开了一种无线充电系统，包括无线电能模块，所述无线电能模块包括具有发送和接收无线电能的线圈，所述线圈传输的无线电能信号中具有能够被所述无线电能模块识别的通信信号，所述无线电能模块包括识别所述通信信号的识别模块。
所述无线电能模块通过电磁共振方式发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号的波形为一个载波信号频率为
的调制信号。
所述无线电能模块通过电场耦合方式、电磁感应方式、无线电波方式中的任一种发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号为具有设定时间通断的振荡信号。
所述识别模块将通信信号以一个下降沿为开始到下一个下降沿结束作为一位，在一个字节中一个上升沿到下一个下降沿的时间长的为1、时间短的为0，0和1的数据段组成数据。
所述无线电能模块至少为两个，其中一个无线电能模块作为供电模块，其中另一个无线电能模块作为受电模块。
无线充电的实现方法有电场耦合、电磁感应、电磁共振和无线电波等4种，本发明就现在应用最广的，效率最高的电磁共振方法进行无线供电进一步改进的解析。电磁共振的方式的原理与声音的共振原理相同，排列好振动频率相同的音叉，一个发声的话，其它的也会共振发声。同样，如图1所示排列在磁场中的相同振动频率的两个线圈，能量可以从一个线圈通过空气传递到另一个线圈。如图2所示为利用了本发明的电动车无线充电原理图，这样无线充电的供电电路和受电电路都可以收发电能，只是供电电路的主要功能还是向外输电，受电电路的主要功能还是接收能量。但在传输信号或实现特殊功能时，电动车电池上的受电电路可以切换为供电模式，利用电池的电能向外发射信号和能量，而原来的供电电路收到了信号后则自动切换为接收状态接收磁场中的信号和能量。在图2中，左侧的供电电路是一个无线电能模块，右侧的受电电路也是一个无线电能模块。
如图5所示为市电经过供电电路处理后发送到线圈的信号，该信号的频率与无线供电的电磁振荡频率同为
该信号经过线圈和电容后即可以使供电电路产生共振，共振后电能通过空气向外发散，而与供电电路具有相同振荡频率
的受电电路即可在有效范围内接受到该电能，从而达到无线传输电能的目的。若供电电路输出信号波形改为如图6所示，即一个载波信号频率为
的调制信号，则无线充电器与电动汽车电池之间的数据可以基于该调制信号传输。如图3所示，若无线充电供电电路输出信号采用本发明即可在供电线圈和受电线圈上得到图示波形，该波形的特点是受电线圈的波形跟随供电线圈的波形变化。如图4所示为无线传输的数据的识别方法，当发送端的方波调制信号为高时，接收端线圈接收到的信号为一段幅值较高的正弦波，当发送端的方波调制信号为低时，接收端线圈接收到的信号为一段幅值较低的正弦波。接收端线圈的信号识别方法为以一个下降沿为开始到下一个下降沿结束作为一位，在一个字节中一个上升沿到下一个下降沿的时间长的为“1”，时间短的为“0”，“0”和“1”的数据段即可组成数据。通过上述方法即可以实现无线充电器与电动汽车电池之间同时实现电能和数据的传输。
本发明的方法适用于无线充电方式有电场耦合方式、电磁感应方式、电磁共振方式和无线电波方式等四种无线充电方式，通过使用该方法可以使上述四种应用于电动汽车充电的无线充电技术都具有同时传输能量和数据的功能。电场耦合方式、电磁感应方式和无线电波方式这三种无线充电方式在应用本发明方法时由于没有电磁共振方式对频率的要求，所以这三种方式在具体实施本发明方法时不需要使用精确频率的振荡信号作为载波，只需要利用原有的振荡信号加上一定时间的通断即可以实现产生通信信号的目的，再通过利用图4的无线传输数据的识别方法将通信的信号解读出来即可以实现通信的功能。
本发明还公开了一种无线充电方法，通过无线电能模块中的线圈发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号中具有能够被所述无线电能模块识别的通信信号，通过无线电能模块中的识别模块识别所述通信信号。
所述无线电能模块通过电磁共振方式发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号的波形为一个载波信号频率为
的调制信号。
所述无线电能模块通过电场耦合方式、电磁感应方式、无线电波方式中的任一种发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号为具有设定时间通断的振荡信号。
所述识别模块将通信信号以一个下降沿为开始到下一个下降沿结束作为一位，在一个字节中一个上升沿到下一个下降沿的时间长的为1、时间短的为0，0和1的数据段组成数据。
所述无线电能模块至少为两个，其中一个无线电能模块作为供电模块，其中另一个无线电能模块作为受电模块。
利用了本发明技术的无线充电桩的工作过程可以如下：无线充电桩每隔一段时间即向外发送一个激活信号，但是为了节能可以降低发送的频率，例如隔一分钟发送一次激活信号，一次激活信号的时长为小于一个毫秒。当一辆具备无线充电功能的电动汽车驶入该无线充电桩并接收到该激活信号时，电动车电池的无线充电模块开始工作，由电动车的电池管理系统（Battery Manage System）检测该时刻的电动车电池的电压、电量、电池额定容量和温度等相关信息并发送到无线充电模块，无线充电模块再通过无线充电线圈将该车的电池信息发送到无线充电桩。无线充电桩根据该信息进行智能调节充电电压、充电电流等参数，当无线充电桩调节完充电参数后即按照设定的充电参数开始向电动车电池进行无线充电。在整个充电的过程中电动车上的电池管理系统起到监控和调整充电状态的功能，对于普通充电可以分为三个充电过程：快速充电、补充充电和涓流充电。在快速充电的过程中，电池管理系统通过电池无线充电模块向充电桩发送指令，控制充电桩以恒流方式将电池迅速充电到80%的电量；在补充充电的阶段中，电池管理系统通过电池无线充电模块向充电桩发送指令，控制充电桩逐渐减少充电电流，将电池电量充到100%，这个阶段电池电压将维持在一个稳定的值；在涓流充电的阶段中，电池管理系统通过电池无线充电模块向充电桩发送指令，控制充电桩以微小电流继续充电，尽可能地将电池的容量进一步提高，从而提高电动车的续航能力；完成了涓流充电阶段后，电池管理系统通过电池无线充电模块向充电桩发送指令，控制充电桩停止向电动车进行充电。
在以后的智能电网应用的生活中，利用本发明方法可以家庭的用电更加合理和廉价。在我们的日常生活中，用电是有高峰期和低峰期的，在用电高峰期的电价要远远高于用电低峰期。我们以正常家庭一天的生活为例，在早晨起来上班的时候，我们开着充满电的电动车去上班，家庭里面用电较少或不用电。这时是用电的低峰期，电价较便宜；在下午6点后我们开着剩余电量约为80%的电动车回到家，这时开始家里用电量变高了，而这时也是用电的高峰期，电价较高。这时候电动车开始向无线充电桩供电，无线充电桩接收到的电再并网到家庭用电线上，所以这时候家庭的用电都来自于电动车电池。由于使用的电是电动车上的剩余电量，所以这时家庭的用电避开了电网的高峰期，电费为0；到了晚上12点，我们都睡觉了，家庭用电量很低。此时也是电网用电的低峰期，电价便宜，充电桩自动开始使用廉价的电力向电动车充电，电费支出较低；到了第二天的早晨我们又可以开着充满电的电动车开开心心去上班，如此循环。从上述事例中我们可以看出，在整个智能电网的生活中，电动车充当了一个储电的大容器，起到了智能错峰用电的作用。
本发明是对现有的无线充电技术进行进一步的改良，使得充电器内的无线充电线圈可以实现同时传输能量和传输数据。当一个无线充电模块简化到只有一个线圈、一个谐振电容、一个MCU和部分必要电路时，电动汽车无线充电的成本和体积将进一步降低，这将推动电动汽车无线充电技术的发展。
采用了本发明技术的电动车无线充电将具有以下几点优点：一是可以降低成本。因为采用了该发明方法的无线充电电路里面不再需要传统的射频发射和接受装置，如315MHZ、433MHZ和2.4G等，所以无线充电的成本可以得到降低，利于无线充电的市场推广；二是可以提高了信号的抗干扰能力和数据的安全性。在中国由于传统的电动车无线充电的信号需要经由315MHZ、433MHZ或2.4G等常用的信号载体传输，而这些信号载体常用于各种车辆遥控器、防盗器和WIFI等，所以无线充电器与电动车之间的信号容易被干扰和拦截。而当电动车无线充电使用了本发明的方法后，由于无线充电的信号有效传输范围一般在几十厘米到几米的距离，而且频率不同于常见的315MHZ、433MHZ和2.4G等，所以利用无线充电线圈传输无线充电器和电动车之间的信号可以有效避免干扰和具有很强的安全性；三是可以实现电能的双向传递。由于在同一磁场内的一个谐振线圈的能量可以通过空气传递到另一个具有相同谐振频率的线圈，所以只要有需要电动车的电池能量是可以实现向市电供电的。这个功能在未来的智能电网中是非常实用的，这样可以在电价较高的时段利用电动车电池的能量向家庭内的用电器供电，而在电价较低的时段则利用市电向电动车充电，这样既可以降低电网的供电压力又可以减少家庭用电开支。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种无线充电系统，其特征在于：包括无线电能模块，所述无线电能模块包括具有发送和接收无线电能的线圈，所述线圈传输的无线电能信号中具有能够被所述无线电能模块识别的通信信号，所述无线电能模块包括识别所述通信信号的识别模块。
2.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于：所述无线电能模块通过电磁共振方式发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号的波形为一个载波信号频率为的调制信号。
3.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于：所述无线电能模块通过电场耦合方式、电磁感应方式、无线电波方式中的任一种发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号为具有设定时间通断的振荡信号。
4.根据权利要求1至3任一项所述的无线充电系统，其特征在于：所述识别模块将通信信号以一个下降沿为开始到下一个下降沿结束作为一位，在一个字节中一个上升沿到下一个下降沿的时间长的为1、时间短的为0，0和1的数据段组成数据。
5.根据权利要求4所述的无线充电系统，其特征在于：所述无线电能模块至少为两个，其中一个无线电能模块作为供电模块，其中另一个无线电能模块作为受电模块。
6.一种无线充电方法，其特征在于：通过无线电能模块中的线圈发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号中具有能够被所述无线电能模块识别的通信信号，通过无线电能模块中的识别模块识别所述通信信号。
7.根据权利要求6所述的无线充电方法，其特征在于：所述无线电能模块通过电磁共振方式发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号的波形为一个载波信号频率为
的调制信号。
8.根据权利要求6所述的无线充电方法，其特征在于：所述无线电能模块通过电场耦合方式、电磁感应方式、无线电波方式中的任一种发送和接收无线电能，所述线圈传输的无线电能信号为具有设定时间通断的振荡信号。
9.根据权利要求6至8任一项所述的无线充电方法，其特征在于：所述识别模块将通信信号以一个下降沿为开始到下一个下降沿结束作为一位，在一个字节中一个上升沿到下一个下降沿的时间长的为1、时间短的为0，0和1的数据段组成数据。
10.根据权利要求9所述的无线充电方法，其特征在于：所述无线电能模块至少为两个，其中一个无线电能模块作为供电模块，其中另一个无线电能模块作为受电模块。
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