CN103972996A - 能量和信息双向无线传输的方法 - Google Patents
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Abstract
能量和信息双向无线传输的方法，属于无线传输领域，本发明为解决现有无线传输技术无法在实现能量双向传输的同时实现信息双向传输的问题。本发明基于无线传输系统实现，该无线传输系统包括网侧无线能量装置和负载侧无线能量装置，网侧无线能量装置的电信号输入端与电网的电信号输出端耦合连接，网侧无线能量装置与负载侧无线能量装置通过磁耦合方式无线连接，负载侧无线能量装置连接负载；所述网侧无线能量装置包括第一DC/DC变换电路、第一变换器、第一谐振电路、第一控制器和第一传感器；负载侧无线能量装置包括第二DC/DC变换电路、第二变换器、第二谐振电路、第二控制器和第二传感器。本发明用于无线传输中。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量和信息双向无线传输的方法，属于无线传输领域。
背景技术
随着自然资源的消耗和技术的发展，电动汽车的使用在将来必将成为一种趋势。V2G(Vehicle-to-grid)描述的是这样一个系统：当混合电动车或是纯电动车在不运行的时候，通过联接到电网的电动马达将能量传输给电网，反过来，当电动车的电池需要充电时，电流可以从电网中提取出来给到电池。然而，传统的V2G的实现采用插拔式充放电来实现，存在不安全、易老化、不便捷等问题。因此，无线能量传输在电动汽车电池充电领域的应用极大地提高了智能化水平。随着无线能量传输技术的发展，为进一步提高自动化水平，如何在负载与电源之间实现能量的双向无线传输的同时实现信号的双向无线传输技术是一个亟待解决的问题。因此，有必要提供一种改进的系统和方法来解决上述技术问题。
发明内容
本发明目的是为了解决现有无线传输技术无法在实现能量双向传输的同时实现信息双向传输的问题，提供了一种能量和信息双向无线传输的方法。
本发明所述能量和信息双向无线传输的方法，该方法基于无线传输系统实现，该无线传输系统包括网侧无线能量装置和负载侧无线能量装置，网侧无线能量装置的电信号输入端与电网的电信号输出端耦合连接，网侧无线能量装置与负载侧无线能量装置通过磁耦合方式无线连接，负载侧无线能量装置连接负载；
所述网侧无线能量装置包括第一DC/DC变换电路、第一变换器、第一谐振电路、第一控制器和第一传感器；负载侧无线能量装置包括第二DC/DC变换电路、第二变换器、第二谐振电路、第二控制器和第二传感器；
无线传输方法的具体过程为：当电网接收电能时，第一控制器将识别码开关信号输出至第一DC/DC变换电路，第一控制器同时将恒频开关信号输出至第一变换器，第一谐振电路将第一DC/DC变换电路接收的识别码开关信号与电网提供的电能相叠加，并转换成能在空气介质中传输的磁能量，同时将磁能量通过无线传输至负载侧无线能量装置；负载侧无线能量装置中的第二谐振电路将无线接收的磁能量转换成交流电信号，第二变换器接收此交流电信号并将其整流成直流电信号，第二传感器检测该直流电信号的电压信号，然后将该电压信号传输至第二控制器，第二控制器将接收的电压信号进行解调获取识别码开关信号，第二控制器根据该识别码开关信号识别电网的充电需求以提供相应的电能给电网；
当负载接收电能时，第二控制器将识别码开关信号输出至第二DC/DC变换电路，第二控制器同时将恒频开关信号输出至第二变换器，第二谐振电路将第二DC/DC变换电路接收的识别码开关信号与负载提供的电能相叠加，并转换成能在空气介质中传输的磁能量，同时将磁能量通过无线传输至网侧无线能量装置；网侧无线能量装置中的第一谐振电路将无线接收的磁能量转换成交流电信号，第一变换器接收此交流电信号并将其整流成直流电信号，第一传感器检测该直流电信号的电压信号，然后将该电压信号传输至第一控制器，第一控制器将接收的电压信号进行解调获取识别码开关信号，第一控制器根据该识别码开关信号识别负载的充电需求以提供相应的电能给负载。
本发明的优点：本发明提供的能量和信息双向无线传输的方法与传统的无线能量传输方法相比，采用将信号作为开关信号以叠加于传输的电能中进行信号传输，实现了负载与电源之间能量及信息的双向无线传输，进一步提高了自动化水平，通过向电网回馈能量解决了用电高峰期对电量匮乏的问题，并且避免了电量回馈至电网，避免了能源的浪费。
与传统的V2G电动汽车电能回馈方式相比，传统电能回馈方式采用导线式分时回馈，通信方式一般采用线上CAN通信，从而实现电动汽车与电网之间的双向通信；而本发明在无线能量双向传输的基础上，利用电磁波载波方式实现半双工通信，从而解决了利用无线通信模块而引起的通信不可靠、成本高等诸多问题。目前，电动汽车充电等级可分为三个，第一等级3.6KW，第二等级19.2kW，第三等级60kW-200kW。本发明的无线传输系统工作频率为10kHz-150kHz，其中通信频率可达75kHz，在实现能量传输的同时，可完成信息通信，从而进行系统充电参数的识别，进而能够实现充电的智能控制。
附图说明
图1是本发明所述能量和信息双向无线传输系统的结构框图；
图2是本发明所述能量和信息双向无线传输系统的电路结构示意图；
图3是负载接收电能时对负载类型进行识别的开关及电压波形图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述能量和信息双向无线传输的方法，它包括网侧无线能量装置1和负载侧无线能量装置2，网侧无线能量装置1的电信号输入端与电网的电信号输出端耦合连接，网侧无线能量装置1与负载侧无线能量装置2通过磁耦合方式无线连接，负载侧无线能量装置2连接负载；
所述网侧无线能量装置1包括第一DC/DC变换电路1-1、第一变换器1-2、第一谐振电路1-3、第一控制器1-4和第一传感器1-5；负载侧无线能量装置2包括第二DC/DC变换电路2-1、第二变换器2-2、第二谐振电路2-3、第二控制器2-4和第二传感器2-5；
无线传输方法的具体过程为：当电网接收电能时，第一控制器1-4将识别码开关信号输出至第一DC/DC变换电路1-1，第一控制器1-4同时将恒频开关信号输出至第一变换器1-2，第一谐振电路1-3将第一DC/DC变换电路1-1接收的识别码开关信号与电网提供的电能相叠加，并转换成能在空气介质中传输的磁能量，同时将磁能量通过无线传输至负载侧无线能量装置2；负载侧无线能量装置2中的第二谐振电路2-3将无线接收的磁能量转换成交流电信号，第二变换器2-2接收此交流电信号并将其整流成直流电信号，第二传感器2-5检测该直流电信号的电压信号，然后将该电压信号传输至第二控制器2-4，第二控制器2-4将接收的电压信号进行解调获取识别码开关信号，第二控制器2-4根据该识别码开关信号识别电网的充电需求以提供相应的电能给电网；
当负载接收电能时，第二控制器2-4将识别码开关信号输出至第二DC/DC变换电路2-1，第二控制器2-4同时将恒频开关信号输出至第二变换器2-2，第二谐振电路2-3将第二DC/DC变换电路2-1接收的识别码开关信号与负载提供的电能相叠加，并转换成能在空气介质中传输的磁能量，同时将磁能量通过无线传输至网侧无线能量装置1；网侧无线能量装置1中的第一谐振电路1-3将无线接收的磁能量转换成交流电信号，第一变换器1-2接收此交流电信号并将其整流成直流电信号，第一传感器1-5检测该直流电信号的电压信号，然后将该电压信号传输至第一控制器1-4，第一控制器1-4将接收的电压信号进行解调获取识别码开关信号，第一控制器1-4根据该识别码开关信号识别负载的充电需求以提供相应的电能给负载。
本实施方式中，电网包括50Hz、220V交流电和将该交流电整流为直流电的整流电路。
具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述第一DC/DC变换电路1-1和第二DC/DC变换电路2-1结构相同，均为降压变换电路，该降压变换电路中设置一降压开关，第一DC/DC变换电路1-1和第二DC/DC变换电路2-1接收的识别码开关信号均输入至降压开关。
本实施方式中，所述降压变换电路均为Buck降压电路。第一DC/DC变换电路1-1和第二DC/DC变换电路2-1还可以为Boost升压电路或Buck-Boost升降压电路。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述网侧无线能量装置1和负载侧无线能量装置2中的识别码开关信号的频率均小于恒频开关信号的频率。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述识别码开关信号包括一位校验码和多位识别码，该校验码包括开通信号，每一位识别码均包括开通信号和关断信号。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式四作进一步说明，当电网接收电能时，第一控制器1-4分别将识别码开关信号和恒频开关信号输出至第一DC/DC变换电路1-1和第一变换器1-2中，当该识别码为开通信号时，第一变换器1-2输出的逆变电压为第一电平，当该识别码为关断信号时，第一变换器1-2输出的逆变电压为第二电平；当识别码开关信号为逻辑“1”时，第一电平和第二电平表示高电平，当识别码开关信号为逻辑“0”时，第一电平和第二电平表示低电平。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式四作进一步说明，当负载接收电能时，第二控制器2-4分别将识别码开关信号和恒频开关信号输出至第二DC/DC变换电路2-1和第二变换器2-2中，当该识别码为开通信号时，第二变换器2-2输出的逆变电压为第一电平，当该识别码为关断信号时，第二变换器2-2输出的逆变电压为第二电平；当识别码开关信号为逻辑“1”时，第一电平和第二电平表示高电平，当识别码开关信号为逻辑“0”时，第一电平和第二电平表示低电平。
具体实施方式七：本实施方式对实施方式一作进一步说明，第一变换器1-2和第二变换器2-2结构相同，均为H桥电路，第一变换器1-2和第二变换器2-2均用于实现AC/DC整流功能和DC/AC逆变功能。
具体实施方式八：本实施方式对实施方式一作进一步说明，第一谐振电路1-3和第二谐振电路2-3均由电容和电感组成。
下面结合图3说明本发明的工作原理：
结合图3对本发明中负载接收电能时的开关和电压波形进行说明。在t0到t1时间段内，对应于该识别码开关信号的校验码，在本发明中，该校验位为逻辑0(该校验位也可以为逻辑1)。第二变换器2-2对应的逆变电压对应为第一电平(高电平)。t1到t5时间段内，对应于识别码开关信号的识别码，每一位识别码包括开通信号(逻辑1)和关断信号(逻辑0)。当识别码为逻辑1时，第二变换器2-2对应的逆变电压对应为第一电平(高电平)。当识别码为逻辑0时，第二变换器2-2对应的逆变电压对应为第二电平(低电平)。该识别码包括n(n≥1)位逻辑信号。在本发明中，该识别码包括8位逻辑信号。采用电压传感器对第一变换器1-2整流得到的直流电进行检测可得到如图所示的第一变换器1-2整流电压信号波形。第一控制器1-4在接收到电压信号后将其进行解调以得到解调后的识别码开关信号波形。不同的识别码开关信号对应不同种类的电动汽车电池负载，根据不同种类的电池负载，电网提供不同频率和功率电流、电压的电能给负载。
当电网接收电能时，对电网充电需求进行识别过程与负载需要接收电能时对负载类型识别方法类似。
Claims (7)
1.能量和信息双向无线传输的方法，该方法基于无线传输系统实现，该无线传输系统包括网侧无线能量装置(1)和负载侧无线能量装置(2)，网侧无线能量装置(1)的电信号输入端与电网的电信号输出端耦合连接，网侧无线能量装置(1)与负载侧无线能量装置(2)通过磁耦合方式无线连接，负载侧无线能量装置(2)连接负载；
其特征在于：所述网侧无线能量装置(1)包括第一DC/DC变换电路(1-1)、第一变换器(1-2)、第一谐振电路(1-3)、第一控制器(1-4)和第一传感器(1-5)；负载侧无线能量装置(2)包括第二DC/DC变换电路(2-1)、第二变换器(2-2)、第二谐振电路(2-3)、第二控制器(2-4)和第二传感器(2-5)；
无线传输方法的具体过程为：当电网接收电能时，第一控制器(1-4)将识别码开关信号输出至第一DC/DC变换电路(1-1)，第一控制器(1-4)同时将恒频开关信号输出至第一变换器(1-2)，第一谐振电路(1-3)将第一DC/DC变换电路(1-1)接收的识别码开关信号与电网提供的电能相叠加，并转换成能在空气介质中传输的磁能量，同时将磁能量通过无线传输至负载侧无线能量装置(2)；负载侧无线能量装置(2)中的第二谐振电路(2-3)将无线接收的磁能量转换成交流电信号，第二变换器(2-2)接收此交流电信号并将其整流成直流电信号，第二传感器(2-5)检测该直流电信号的电压信号，然后将该电压信号传输至第二控制器(2-4)，第二控制器(2-4)将接收的电压信号进行解调获取识别码开关信号，第二控制器(2-4)根据该识别码开关信号识别电网的充电需求以提供相应的电能给电网；
当负载接收电能时，第二控制器(2-4)将识别码开关信号输出至第二DC/DC变换电路(2-1)，第二控制器(2-4)同时将恒频开关信号输出至第二变换器(2-2)，第二谐振电路(2-3)将第二DC/DC变换电路(2-1)接收的识别码开关信号与负载提供的电能相叠加，并转换成能在空气介质中传输的磁能量，同时将磁能量通过无线传输至网侧无线能量装置(1)；网侧无线能量装置(1)中的第一谐振电路(1-3)将无线接收的磁能量转换成交流电信号，第一变换器(1-2)接收此交流电信号并将其整流成直流电信号，第一传感器(1-5)检测该直流电信号的电压信号，然后将该电压信号传输至第一控制器(1-4)，第一控制器(1-4)将接收的电压信号进行解调获取识别码开关信号，第一控制器(1-4)根据该识别码开关信号识别负载的充电需求以提供相应的电能给负载。
2.根据权利要求1所述能量和信息双向无线传输的方法，其特征在于，所述第一DC/DC变换电路(1-1)和第二DC/DC变换电路(2-1)结构相同，均为降压变换电路，该降压变换电路中设置一降压开关，第一DC/DC变换电路(1-1)和第二DC/DC变换电路(2-1)接收的识别码开关信号均输入至降压开关。
3.根据权利要求1所述能量和信息双向无线传输的方法，其特征在于，所述网侧无线能量装置(1)和负载侧无线能量装置(2)中的识别码开关信号的频率均小于恒频开关信号的频率。
4.根据权利要求1所述能量和信息双向无线传输的方法，其特征在于，所述识别码开关信号包括一位校验码和多位识别码，该校验码包括开通信号，每一位识别码均包括开通信号和关断信号。
5.根据权利要求4所述能量和信息双向无线传输的方法，其特征在于，当电网接收电能时，第一控制器(1-4)分别将识别码开关信号和恒频开关信号输出至第一DC/DC变换电路(1-1)和第一变换器(1-2)中，当该识别码为开通信号时，第一变换器(1-2)输出的逆变电压为第一电平，当该识别码为关断信号时，第一变换器(1-2)输出的逆变电压为第二电平；当识别码开关信号为逻辑“1”时，第一电平和第二电平表示高电平，当识别码开关信号为逻辑“0”时，第一电平和第二电平表示低电平。
6.根据权利要求4所述能量和信息双向无线传输的方法，其特征在于，当负载接收电能时，第二控制器(2-4)分别将识别码开关信号和恒频开关信号输出至第二DC/DC变换电路(2-1)和第二变换器(2-2)中，当该识别码为开通信号时，第二变换器(2-2)输出的逆变电压为第一电平，当该识别码为关断信号时，第二变换器(2-2)输出的逆变电压为第二电平；当识别码开关信号为逻辑“1”时，第一电平和第二电平表示高电平，当识别码开关信号为逻辑“0”时，第一电平和第二电平表示低电平。
7.根据权利要求1所述能量和信息双向无线传输的方法，其特征在于，第一变换器(1-2)和第二变换器(2-2)结构相同，均为H桥电路，第一变换器(1-2)和第二变换器(2-2)均用于实现AC/DC整流功能和DC/AC逆变功能。
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