CN110970986A - 基于无线能量传输的信息发送/接收装置、方法及系统 - Google Patents

基于无线能量传输的信息发送/接收装置、方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种基于无线能量传输的信息发送/接收装置、方法及系统。该信息发送装置包括:无线能量发射单元,包括若干组无线能量发射线圈,用于将能量以电磁波形式发射出去;发射端信息编码单元,用于将需要发送的信息对所述无线能量发射单元的发送功率进行编码,控制所述无线能量发射单元的工作。该信息接收装置包括:无线能量接收单元,包括若干组无线能量接收线圈,用于接收以电磁波形式发射出来的能量;接收端信息解码单元,用于对所述无线能量接收单元接收到的能量的功率进行解码。本发明的无线充电装置可以避免现有无线充电技术容易受无线充电的电磁干扰的缺陷,不额外增加太多成本。

Description

基于无线能量传输的信息发送/接收装置、方法及系统
技术领域
本发明属于新能源运输工具及无线充电技术领域,具体涉及一种基于无线能量传输的信息发送/接收装置、方法及系统。
背景技术
传统石化能源短缺和环境污染等问题日益严重,发展电动汽车,是世界公认的缓解能源短缺和环境污染的有效策略。目前电动汽车技术已经进入成熟期,而电动汽车的充电问题日益突出,甚至成了制约其大规模发展的因素。传统的固定位置的充电方式弊端明显,固定的充电桩数量相对于庞大的车辆数量相比差距很大,频繁插拔易造成插座磨损、老化、生电火花等问题,线路破损则会带来漏电等安全隐患,对极端天气的适应性较差。且电动车蓄电池存储能量有限,充电时间长,行驶里程短,无法在高速上行驶,大大限制了电动车应用范围。为此需要尽可能随时随地给电动车充电。
无线充电或称无线供电(Wireless PowerTransmission,WPT)是以电磁场为媒介实现电能传递的技术。目前常用的3种WPT技术中,大功率的微波存在对人体的伤害并且效率较低,微波WPT并不适合于EV这种能量传输距离较短的应用场合。电磁感应式WPT和电磁共振式WPT在中等距离的传输效率较高,更适合于EV充电。现有无线充电技术由于向外输送无线能量,会对采用无线电波的无线通讯系统产生严重干扰,造成在输送能量时很难实现数据无线传输,而采用其它无线通讯模块则需要进一步统一通讯标准,增加了成本。此外,如果能量发射装置在没有汽车通过时仍然对外发出能量,会造成能量的浪费,因此也需要解决电动汽车在行驶中能够连续接收无线传输的能量且避免在某一个位置接收能量偏低的状态以及对线圈发射能量时间的控制问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提出一种基于无线能量传输的信息发送/接收装置、方法及系统,以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的,作为本发明的第一个方面,提出了一种基于无线能量传输的信息发送装置,包括:
无线能量发射单元,包括若干组无线能量发射线圈,用于将能量以电磁场谐振形式发射出去;
发射端信息编码单元,用于将需要发送的信息对所述无线能量发射单元的发送功率进行编码,控制所述无线能量发射单元的工作。
作为本发明的第二个方面,提出了一种基于无线能量传输的信息接收装置,包括:
无线能量接收单元,包括若干组无线能量接收线圈,用于接收以电磁场谐振形式发射出来的能量;
接收端信息解码单元,用于对所述无线能量接收单元接收到的能量的功率变化信息进行解码。
作为本发明的第三个方面,提出了一种能够无线充电的系统,所述系统包括如上所述的信息接收装置。
作为本发明的第四个方面,提出了一种能够进行无线充电的系统,所述系统安装在道路下方、路边护栏上、室内特定位置、屋顶停机坪地面、车库固定支架或悬挂支架上;其中,所述系统包括如上所述的信息发送装置。
作为本发明的第五个方面,提出了一种基于无线能量传输的信息发送方法,包括以下步骤:
基于需要发送的信息的编码,采用如上所述的信息发送装置以脉冲方式改变发射输出能量的大小。
作为本发明的第六个方面,提出了一种基于无线能量传输的信息接收方法,包括以下步骤:
采用如上所述的信息接收装置接收以脉冲方式输入的能量,并基于输入能量大小解码出其携带的信息。
作为本发明的第七个方面,提出了一种基于无线能量传输的信息发送方法,包括以下步骤:
基于需要发送的信息的编码,采用如上所述的信息接收装置以脉冲方式改变所述信息接收装置的阻抗大小。
作为本发明的第八个方面,提出了一种基于无线能量传输的信息接收方法,包括以下步骤:
采用如上所述的信息发送装置基于与其匹配的信息接收装置的阻抗大小,解码出其所携带的信息。
基于上述技术方案可知,本发明的无线能量传输的信息发送/接收装置及方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一:
(1)本发明方案的载波采用单独通讯模式,不需要单独的信号波也能传递数据,采用半双工模式,在传递能量的同时实现收发数据,在向电动车无线传输能量的同时完成数据的双向传输;
(2)可以在车辆行驶中为电动汽车充电,并解决长距离无线充电带来的检测车辆位置困难的问题,提高系统效率和可靠性;
(3)由于本发明较好的解决了无线能量传输的同时实现收发信息数据,操作简便,实用性强,可及时上传握手数据,如道路中车况信息、电动汽车的位置、速度、车牌号、剩余电量、充电量等相关信息,可方便实现区块链,通过物联网和云计算实现智慧交通,电动汽车移动状态下无线充电相关的数据信息,依托物联网可实现智能化感知、识别、定位、跟踪和监管;借助云计算及智能分析技术可实现海量信息的处理和决策支持。通过数据挖掘、知识管理、移动互联网技术实现对电动汽车行驶状态的自动、实时、全面透彻的感知,进一步融入智慧城市建设;
(4)可以避免现有无线充电技术容易受无线充电的电磁干扰的缺陷,不额外增加太多成本;
(5)可较好的缓解能源短缺和环境污染问题,很好的解决了无线充电的痛点问题,对智慧交通建设提供了一种新型的解决方案。
附图说明
图1是作为本发明一实施例的电动汽车的无线充电系统的结构示意图;
图2是作为本发明一实施例的无线能量发射/接收模块的结构示意图;
图3是作为本发明一实施例的无线能量发射/接收模块的能量传输与控制示意图;
图4是本发明的无线能量发射模块发送的能量波示意图;
图5是本发明的信息发送装置的结构示意图;
图6是本发明的信息发送装置的局部具体电路图;
图7是本发明的信息接收装置的结构示意图;
图8是本发明的信息接收装置的局部具体电路图;
图9是作为本发明一实施例的无线能量接收模块解调出的信息波形示意图;
图10是作为本发明一实施例的无线能量接收模块通过DC-DC模块占空比改变等效反射阻抗实现的接收端和发送端占空比变化曲线,其中,上面曲线是接收端占空比变化曲线,下面曲线是发送端根据反射阻抗变化解调出的数字信息波形。
上述附图中,附图标记含义如下:
1、电动汽车 2、车载磁芯 3、接收线圈
4、无线能量接收模块 5、蓄电池 6、路面
7、发射线圈 8、路基磁芯 9、无线能量发射模块
10、交流电缆
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
本发明人以运输车辆,例如无线充电的电动汽车作为研究对象,采用若干个发射线圈并排安装组成发射端,每个发射线圈与各自独立的输出端相连接,并通过控制电路对电流的检测和分析,实现了对车辆位置的检测,即当车辆经过时使发射线圈工作,实现了能量的高利用率;此外,能量传输模块还承担了信息传输的功能,通过输出功率变化可以向移动的电动汽车发送信息,并且通过检测移动的电动汽车反射阻抗变化来接收车辆信息,实现了能量分时多段连续输送,同时构建了汽车与充电站之间信息传递补充通道。
具体地,本发明公开了一种基于无线能量传输的信息发送装置,包括:
无线能量发射单元,包括若干组无线能量发射线圈,用于将能量以电磁波形式发射出去;
发射端信息编码单元,用于将需要发送的信息对该无线能量发射单元的发送功率进行编码,控制无线能量发射单元的工作。在这里只能改变功率,因为对于发射能量来说,频率和电压都需要与接收端预先匹配,是不能随便改变的。而对于无线充电来说,通常为了保证充电的平稳,会尽量维持充电功率的恒定,本发明人经过长期研究发现,在极短时间快速改变功率并不会对能量的接收造成较大影响,因此可以利用其传输信息,正好可以克服无线充电时对无线通讯设备的干扰。
其中,发射端信息编码单元可以将需要发送的信息进行N进制编码,通过控制无线能量发射单元的发送功率在第一功率、第二功率、……至第N功率之间切换来实现信息传输;其中,N可以为2、3、4、5等,但优选为2或3,因为接收端需要精确区分不同功率,以减少误码,而功率之间差异太大也可能影响充电的效率。
此外,上述编码可以采用一定的冗余算法,比如CRC循环校验、海明码、BCH码等,以提高通讯的准确率。
其中,该无线能量发射单元的发送功率的变换频率例如为5kHz~1MHz,进一步优选为20~30kHz;对于变换频率可以适当选择较高的变换频率,以减少功率变化对充电能量造成较大波动。
其中,该无线能量发射单元的发送功率例如可以通过半导体功率开关的占空比控制或者频率控制,来实现不同传输功率的切换;或者也可以采用相对比较原始的,比如电子开关、快速响应开关阵列等在不同功率配置之间切换。
其中,当用于道路下方的充电网建设时,该无线能量发射单元例如可以包括多组平行并排设置的矩形无线能量发射线圈,每一组矩形无线能量发射线圈都独立地受到发射端信息编码单元的控制,从而可以在较长的道路等场合设置连续充电线圈,使车辆在行驶时即可连续充电和正常传输信息。
其中,该信息发送装置还可以包括阻抗检测单元,用于检测接收装置的负载阻抗;以及发射端信息解码单元,用于基于阻抗检测单元检测到的接收装置的负载阻抗变动进行解码,得到接收装置发送过来的信息,从而实现双向双工通信。
其中,该发射端信息编码/解码单元可以采用硬解码,即采用相应编/解码的硬件电路,也可以采用软解码,即通过例如单片机、单板机、可编程逻辑控制器,以及台式机、平板电脑、笔记本电脑、计算机网络中的处理器运行一编/解码程序来实现。具体编解码程序可以是本领域公知的算法,本发明的改进不在于程序算法的改进。
本发明还公开了一种基于无线能量传输的信息接收装置,包括:
无线能量接收单元,包括若干组无线能量接收线圈,用于接收以电磁波形式发射出来的能量;
接收端信息解码单元,用于对该无线能量接收单元接收到的能量的功率进行解码。
其中,该信息接收装置接收线圈的宽度与相匹配的信息发送装置的发射线圈的宽度相同,接收线圈的长度可以与发射线圈的长度相同或相近,当用于接收地面的充电网发出的能量时,也可以优选等于发射线圈长度的M倍,其中M≥3,M为自然数。
其中,该信息接收装置还可以包括接收端信息编码单元,以及与若干组无线能量接收线圈匹配的阻抗变换单元,该接收端信息编码单元将需要发送的信息进行编码,用于控制所述阻抗变换单元对所述若干组无线能量接收线圈的负载阻抗进行改变,从而可以反向传输信息。
其中,该无线能量接收单元还包括DC/DC模块,用于对接收到的能量进行电压转换;以及,该阻抗变换单元通过控制无线能量接收单元的DC/DC模块中半导体功率开关的占空比,来实现无线能量接收单元的等效反射阻抗的改变。
本发明还公开了一种能够无线充电的系统,该系统包括如上所述的信息接收装置。该系统例如为电动汽车、电动船、无人机、扫地机器人或能够无线充电的工具或设备等。
本发明还公开了一种能够进行无线充电的系统,该系统可以安装在道路下方、路边护栏上、室内特定位置、屋顶停机坪地面、车库固定支架或悬挂支架上;其中,该系统包括如上所述的信息发送装置。
本发明还公开了一种基于无线能量传输的信息发送方法,包括以下步骤:
基于需要发送的信息的编码,采用如上所述的信息发送装置以脉冲方式改变发射输出能量的大小。
本发明还公开了一种基于无线能量传输的信息接收方法,包括以下步骤:
采用如上所述的信息接收装置接收以脉冲方式输入的能量,并基于输入能量大小解码出其携带的信息。
本发明还公开了一种基于无线能量传输的信息发送方法,包括以下步骤:
基于需要发送的信息的编码,采用如上所述的信息接收装置以脉冲方式改变所述信息接收装置的阻抗大小。
本发明还公开了一种基于无线能量传输的信息接收方法,包括以下步骤:
采用如上所述的信息发送装置基于与其匹配的信息接收装置的阻抗大小,解码出其所携带的信息。
下面通过具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步阐述说明。需要注意的是,下文以可无线充电的电动汽车作为具体实施例,仅是为了举例说明之用,并不对本发明的技术方案进行限定。
本发明的试验装置包括无线能量发射模块(信息发送装置)、无线能量接收模块(信息接收装置)和试验用可无线充电的电动汽车。无线能量接收模块安装在汽车底部,无线能量发射模块分段埋设在特定的道路下面组成具有一定长度的充电区。当电动汽车行驶在充电区时,根据充电区上的引导线行驶,确保无线能量接收模块正对无线能量发射模块,并接收无线能量发射模块所发出的能量,提供给电动汽车使用。
如图1所示的无线能量发射模块可以安装在道路下面,以对在其上行驶的汽车进行充电,图2是该无线能量发射模块的具体结构示意框图。图3是无线能量发射模块与无线能量接收模块中能量传输与控制原理的示意图。如图1所示,无线能量发射模块包括功率变换器、发射端信息编码单元、谐振补偿网络和发射线圈。功率变换器将市电整流之后逆变为高频交流电经过谐振补偿网络然后通过发射线圈向外发射,并由无线能量接收模块进行接收。发射线圈由利兹线在平面单层盘绕而成,根据功率大小和接收的距离设计成一定尺寸的矩形线圈。发射端信息编码单元可以将需要发送的信息进行编码,然后根据该编码控制功率变换器输出的交流电功率,使其按照该编码在多个功率值之间切换,使矩形线圈输出的无线能量包含不同功率值的信息。
无线能量接收模块包括接收线圈、接收控制器、充电控制器、接收端信息解码单元和充电导线。无线能量接收模块安装在汽车底盘上,保证汽车行驶过程中无线能量接收模块能够始终正对无线能量发射模块。背板磁芯由高导磁率高电阻率材料组成,通常采用整块或者条装的磁芯做背板材料,比如铁氧体、微晶材料、非晶材料等。背板磁芯位于接收线圈与电动车之间,使发射线圈的高频磁场无法作用于电动车的底盘上。充电控制器的输出端通过充电导线与电动车的电瓶相连。
发射线圈和接收线圈的宽度相同,接收线圈的长度等于发射线圈长度的M(M≥3)倍,即M(M≥3)个发射线圈的长度与一个接收线圈的长度相同。当一个发射线圈感应到因接收线圈离开导致的阻抗改变时,会自动停止产生磁场,并使这个发射线圈之后的第M(M≥3)个线圈开始发射磁场。这样可以保证随时都有M-1个发射线圈发射的磁场完全处于接收线圈中,这样随着M的增加输出波动会减小。所有长度方向均指电动汽车移动的方向。
在没有车辆经过时,每隔一定距离,有一排发射线圈发射较弱的高频磁场,当这些线圈感受到因接收线圈接近导致的阻抗变化时,会使此线圈及之后的M(M≥3)个线圈开始发射能量,由于没有车辆经过时线圈的有功功率很小,这样可以保证减少能量的耗散且防止因个别线圈的损坏导致的电动车无法充电。
由此,如图1所示,本发明的试验装置的基本型包括电动汽车1、车载磁芯2、接收线圈3、无线能量接收模块4、蓄电池5、路面6、发射线圈7、路基磁芯8、无线能量发射模块9和交流电缆10;其中,接收线圈3安装在车辆1底部水平位置,车载磁芯2紧贴在接收线圈3上并位于接收线圈3和车辆1的底盘之间,接收线圈3与无线能量接收模块4相连接并向蓄电池5充电。发射线圈7、路基磁芯8、无线能量发射模块9和交流电缆10均沿道路方向埋在路面6下面,多个发射线圈7紧贴路面6下面沿道路方向排列,在发射线圈7下面安装有路基磁芯8,每个发射线圈7均连接一个无线能量发射模块9,所有无线能量发射模块9均连接到交流电缆10上面。
其中,该无线能量发射模块9包括发射变换器、发射补偿网络、通讯线,多个发射变换器通过通讯线连接,相互传输状态信息,包括车辆位置及变化信息,发射变换器与交流电缆10相连接,通过发射变换器中的功率因数矫正电路将交流电整成直流,再通过发射变换器中的逆变电路逆变为高频交流电,经过发射补偿网络和发射线圈7将电能发射出去。
其中,无线能量接收模块4包括接收补偿网络、接收控制器,接收线圈3接收到的高频交流电经过接收补偿网络传递给接收控制器,通过接收控制器向蓄电池5充电。
其中,通过通讯线的信号传递,使发射变换器控制在接收线圈3正下方的多个发射线圈7发射同相位的电磁场;通过通讯线的信号传递,使发射变换器控制间隔一定距离的发射线圈7发出较弱的高频电磁场,用于检测是否有车辆通过。
其中,如图5、6所示,该无线能量发送模块9进一步包括无线能量发射单元、功率变换器和发射端信息编码单元,其中无线能量发射单元包括若干组无线能量发射线圈,用于将能量以电磁波形式发射出去。发射端信息编码单元,用于将需要发送的信息对该无线能量发射单元的发送功率进行编码,控制功率变换器以脉冲编码的方式改变无线能量发射单元输出能量的功率。
其中,发射端信息编码单元将需要发送的信息进行2进制编码,从而该无线能量发射单元的发送功率只需要选取第一功率和第二功率,通过输出能量具备不同功率来实现信息传输。作为优选,该无线能量发射单元的发送功率的变换频率例如为5k~10MHz,优选为30kHz。
其中,如图7、8所示,该无线能量接收模块4进一步包括无线能量接收单元和接收端信息解码单元,其中无线能量接收单元包括若干组无线能量接收线圈,用于接收以电磁波形式发射出来的能量;接收端信息解码单元,用于对所述无线能量接收单元接收到的能量的功率进行解码。
其中,该信息接收装置还可以包括接收端信息编码单元,以及与该若干组无线能量接收线圈匹配的阻抗变换单元,该接收端信息编码单元将需要发送的信息进行编码,用于控制阻抗变换单元对若干组无线能量接收线圈的负载阻抗进行改变,以实现信息回传。
其中,该无线能量发送模块9(发射端)向无线能量接收模块4(接收端)发送数字信息(正向传输)的方法包括如下步骤:
该无线能量发送模块9(发射端)以脉冲方式改变发射输出能量的大小,该无线能量接收模块4(接收端)根据所接收到的能量变化提取出其中的数字信息。
发射端的输出能量波形例如如图4所示。由于是能量波,无法通过频率进行载波,所以发明人经过细心构思,确定以功率波动的形式实现信息的加载。接收端解调出的信息波形例如如图9所示。
其中,该无线能量接收模块4(接收端)向无线能量发送模块9(发射端)回传数字信息(反向传输)的方法包括如下步骤:
该无线能量接收模块4(接收端)以脉冲方式改变接收端的阻抗大小,无线能量发送模块9(发送端)根据等效反射阻抗变化解调出数字信息。
作为优选,接收端可以通过控制降压斩波电路(升压斩波电路)的占空比来改变等效反射阻抗。如图10所示,上面曲线是接收端占空比变化曲线,下面曲线是发送端根据反射阻抗变化解调出的数字信息波形。
其中,该无线能量发射模块9(发射端)可以采用如下处于发射状态的控制策略,实现步骤如下:
步骤A-1:利用发射变换器中的传感器检测得到的电压、电流、相位等数据计算反射阻抗;
步骤A-2:对检测得到的反射阻抗进行判断,如果反射阻抗增大,并超过一定阈值,就停止能量发射并返回;
步骤A-3:对检测得到的反射阻抗进行判断,如果反射阻抗没有增大,就继续发射能量。
其中,无线能量发射模块9(发射端)可以采用如下处于待机状态的控制策略,实现步骤如下:
步骤B-1:利用发射变换器中的传感器检测发射线圈7中的感应电压;
步骤B-2:对检测得到的感应电压进行判断,如果没有感应电压,就继续待机;
步骤B-3:对检测得到的感应电压进行判断,如果有感应电压,对检测得到的反射阻抗进行判断,如果反射阻抗减小,并超过一定阈值,就开始能量发射;
步骤B-4:对检测得到的感应电压进行判断,如果有感应电压,对检测得到的反射阻抗进行判断,如果反射阻抗没有减小,就继续待机。
本发明的无线充电装置可以安装在道路下面,以对在其上行驶的汽车进行充电;也可以安装在路边的护栏上,对在其旁边行驶的车辆充电,只需将接收线圈的位置由汽车底盘移动到车辆侧面。还可以用于旋转立体车库中的电动车在移动过程中的实时充电,不会产生断续情况。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无线能量传输的信息发送装置,其特征在于,包括:
无线能量发射单元,包括若干组无线能量发射线圈,用于将能量以电磁场谐振形式发射出去;
发射端信息编码单元,用于将需要发送的信息对所述无线能量发射单元的发送功率进行编码,控制所述无线能量发射单元的工作。
2.如权利要求1所述的信息发送装置,其特征在于,所述发射端信息编码单元将需要发送的信息进行N进制编码,通过控制所述无线能量发射单元的发送功率在第一功率、第二功率、……至第N功率之间切换来实现信息传输;其中,N=2或3;
作为优选,所述无线能量发射单元的发送功率的变换频率为5kHz~1MHz,进一步优选为20~30kHz;
作为优选,所述无线能量发射单元的发送功率通过半导体功率开关的占空比控制或者频率控制,来实现不同传输功率的切换;
作为优选,所述无线能量发射单元包括多组平行并排设置的矩形无线能量发射线圈,每一组所述矩形无线能量发射线圈都独立地受到发射端信息编码单元的控制;
作为优选,所述信息发送装置还包括阻抗检测单元,用于检测接收所述无线能量发射单元发送的能量的接收装置的负载阻抗;以及所述信息发送装置还包括发射端信息解码单元,用于基于所述阻抗检测单元检测到的接收装置的负载阻抗变动进行解码,得到接收装置发送过来的信息。
3.一种基于无线能量传输的信息接收装置,其特征在于,包括:
无线能量接收单元,包括若干组无线能量接收线圈,用于接收以电磁场谐振形式发射出来的能量;
接收端信息解码单元,用于对所述无线能量接收单元接收到的能量的功率变化信息进行解码。
4.如权利要求3所述的信息接收装置,其特征在于,所述信息接收装置还包括接收端信息编码单元,以及与所述若干组无线能量接收线圈匹配的阻抗变换单元,所述接收端信息编码单元将需要发送的信息进行编码,用于控制所述阻抗变换单元对所述若干组无线能量接收线圈的等效反射阻抗进行改变;
作为优选,所述无线能量接收单元还包括DC/DC模块,用于对接收到的能量进行电压转换;以及,所述阻抗变换单元通过控制所述无线能量接收单元的DC/DC模块中半导体功率开关的占空比,来实现所述无线能量接收单元的等效反射阻抗的改变;
作为优选,所述信息接收装置的接收线圈的宽度与相匹配的信息发送装置的发射线圈的宽度相同,接收线圈的长度等于发射线圈长度的M倍,其中M≥3,M为自然数。
5.一种能够无线充电的系统,其特征在于,所述系统包括如权利要求3或4所述的信息接收装置;
作为优选,所述系统为电动汽车、电动船、无人机、扫地机器人或能够无线充电的工具或设备。
6.一种能够进行无线充电的系统,所述系统安装在道路下方、路边护栏上、室内特定位置、屋顶停机坪地面、车库固定支架或悬挂支架上;其特征在于,所述系统包括如权利要求1或2所述的信息发送装置。
7.一种基于无线能量传输的信息发送方法,其特征在于,包括以下步骤:
基于需要发送的信息的编码,如权利要求1或2所述的信息发送装置以脉冲方式改变发射输出能量的大小。
8.一种基于无线能量传输的信息接收方法,其特征在于,包括以下步骤:
如权利要求3或4所述的信息接收装置接收以脉冲方式输入的能量,并基于输入能量大小解码出其携带的信息。
9.一种基于无线能量传输的信息发送方法,其特征在于,包括以下步骤:
基于需要发送的信息的编码,如权利要求4所述的信息接收装置以脉冲方式改变所述信息接收装置的阻抗大小;
作为优选,所述信息接收装置通过控制降压/升压斩波电路的占空比来改变等效反射阻抗。
10.一种基于无线能量传输的信息接收方法,其特征在于,包括以下步骤:
如权利要求2所述的信息发送装置基于与其匹配的信息接收装置的阻抗大小,解码出其所携带的信息。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113507301A (zh) * 2021-07-01 2021-10-15 中国人民解放军海军工程大学 一种无线充电系统携能通信编码与解码方法及系统
CN113939002A (zh) * 2021-08-30 2022-01-14 北京工业大学 一种用于保障无线射频通信中能量正常供应的无线射频能量智能传输系统
CN113972755A (zh) * 2021-11-19 2022-01-25 宁波道充科技有限公司 可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构
CN114312381A (zh) * 2022-01-07 2022-04-12 重庆大学 一种电动汽车动态无线能量信号同传系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205050321U (zh) * 2015-06-16 2016-02-24 传车实业发展(上海)有限公司 一种利用电磁感应的无线信号传输装置
US20160336785A1 (en) * 2015-05-11 2016-11-17 Freescale Semiconductor, Inc. Bidirectional communication demodulation for wireless charging system
CN108583360A (zh) * 2018-07-15 2018-09-28 北京动力京工科技有限公司 一种移动车辆无线充电装置及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160336785A1 (en) * 2015-05-11 2016-11-17 Freescale Semiconductor, Inc. Bidirectional communication demodulation for wireless charging system
CN205050321U (zh) * 2015-06-16 2016-02-24 传车实业发展(上海)有限公司 一种利用电磁感应的无线信号传输装置
CN108583360A (zh) * 2018-07-15 2018-09-28 北京动力京工科技有限公司 一种移动车辆无线充电装置及方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113507301A (zh) * 2021-07-01 2021-10-15 中国人民解放军海军工程大学 一种无线充电系统携能通信编码与解码方法及系统
CN113507301B (zh) * 2021-07-01 2022-11-15 中国人民解放军海军工程大学 一种无线充电系统携能通信编码与解码方法及系统
CN113939002A (zh) * 2021-08-30 2022-01-14 北京工业大学 一种用于保障无线射频通信中能量正常供应的无线射频能量智能传输系统
CN113939002B (zh) * 2021-08-30 2024-05-28 北京工业大学 一种用于保障无线射频通信中能量正常供应的无线射频能量智能传输系统
CN113972755A (zh) * 2021-11-19 2022-01-25 宁波道充科技有限公司 可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构
CN113972755B (zh) * 2021-11-19 2023-08-11 宁波道充科技有限公司 可自动关断的无线充电原边线圈的补偿结构
CN114312381A (zh) * 2022-01-07 2022-04-12 重庆大学 一种电动汽车动态无线能量信号同传系统
CN114312381B (zh) * 2022-01-07 2024-03-29 重庆大学 一种电动汽车动态无线能量信号同传系统

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