CN112954682A - 一种通信握手系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于通信握手技术领域，涉及电动汽车无线充电领域，具体公开了一种通信握手系统及方法；所述方法包括以下步骤：读取原边设备的地址及密码，转换为驱动信息，通过所述驱动信息周期性驱动对应原边设备，所述原边设备根据驱动产生磁场；基于所述磁场通过电磁耦合方式接收包含原边设备信息的电流；解调接收的电流，获得原边设备的地址及密码；根据所述原边设备的地址及密码主动连接原边设备。本发明能够在不增加额外任何硬件成本情况下，利用无线充电系统自身功率线圈和功率电路实现通信握手。

Description

一种通信握手系统及方法
技术领域
本发明属于通信握手技术领域，涉及电动汽车无线充电领域，特别涉及一种通信握手系统及方法。
背景技术
电动汽车无线充电系统在进行充电之前，车载端通信设备需与地面端通信设备握手，建立通信通道，该过程一般在车辆倒车过程中或车辆停止在停车位时完成；在多个停车位均可提供无线充电时，如何确定车载端通信设备与车辆所在停车位地面通信设备连接，即车辆通信设备如何进行准确的通信服务选择，是无线充电系统后续运行的前提条件。
目前，电动汽车无线充电系统的地面设备和车载设备之间的通信物理层已标准化，均遵循IEEE 802.11n，即通过WiFi进行通信。一般地，每个地面设备安装一个WiFi通信模块并设置为AP热点模式，每个车载设备安装一个WiFi通信模块并设置为STA终端模式。车载WiFi通信模块需获取地面WiFi通信模块的IP地址、密码等信息后，自动连接地面WiFi；在通信服务选择启动之前，车载设备和地面设备未建立通信通道。
为解决上述工程问题，现在通常会采用RFID(Radio Frequency Identification)标签方案：将含有地面设备(GA)车位WIFI SSID和密码信息的标签安装在地面线圈模块中，读卡器安装在车载接收线圈模块中，车辆停车完成后自动扫描该标签来获取车位WIFISSID和密码。这种方式不但增加成本；且设备体积庞大，车载部件上的安装也是一个技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通信握手系统及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够在不增加额外任何硬件成本情况下，利用无线充电系统自身功率线圈和功率电路实现通信握手。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种通信握手原边装置，包括：
原边设备，用于根据驱动产生磁场，所述磁场用于通过电磁耦合方式产生包含原边设备信息的电流；
地面设备控制器，用于读取所述原边设备的地址及密码，转换为驱动信息，通过所述驱动信息周期性驱动对应原边设备。
本发明的一种通信握手副边装置，包括：车载设备；
所述车载设备包括：
副边接收线圈，用于通过电磁耦合方式接收包含原边设备信息的电流；
解调模块，用于解调所述副边接收线圈接收的电流，获得原边设备的地址及密码；
副边WiFi模块，用于根据所述原边设备的地址及密码主动连接原边设备。
本发明的一种通信握手系统，包括：
原边设备，用于根据驱动产生磁场，所述磁场用于通过电磁耦合方式产生包含原边设备信息的电流；
地面设备控制器，用于读取所述原边设备的地址及密码，转换为驱动信息，通过所述驱动信息周期性驱动对应原边设备；
车载设备，包括：
副边接收线圈，用于通过电磁耦合方式接收包含原边设备信息的电流；
解调模块，用于解调所述副边接收线圈接收的电流，获得原边设备的地址及密码；
副边WiFi模块，用于根据所述原边设备的地址及密码主动连接原边设备。
本发明的进一步改进在于，所述原边设备的数量为一个或多个，用于设置在各个停车位。
本发明的进一步改进在于，所述通信握手系统用于无线充电系统车载设备与原边设备的通信握手。
本发明的进一步改进在于，所述原边设备包括：
功率因数校正模块，用于将电网或者电源的电能转换为直流电；
直流功率变换模块，用于将所述功率因数校正模块输出的直流电进行转换，输出转换后的直流电；
逆变模块，用于将所述直流功率变换模块输出的转换后的直流电转换为高频交流电并输出；
原边谐振补偿网络，用于将所述逆变模块输出的高频交流电转换为周期正弦振荡的高频激励并输出；
原边发射线圈，用于根据所述原边谐振补偿网络输出的周期正弦振荡的高频激励产生磁场；
原边WiFi模块，用于与所述副边WiFi模块连接。
本发明的进一步改进在于，所述原边WiFi模块为AP模式WiFi模块；所述副边WiFi模块为STA模式WiFi模块。
本发明的进一步改进在于，所述车载设备还包括：
车载控制单元，所述车载控制单元与所述地面设备控制器能够无线通讯，用于向所述地面设备控制器反馈握手成功信号；
所述地面设备控制器根据接收的握手成功信号，停止对相应原边设备的驱动。
本发明的进一步改进在于，所述驱动信息包括帧头、校验、帧尾和数据总长度信息。
本发明的一种通信握手方法，包括以下步骤：
读取原边设备的地址及密码，转换为驱动信息，通过所述驱动信息周期性驱动对应原边设备，所述原边设备根据驱动产生磁场；
基于所述磁场通过电磁耦合方式接收包含原边设备信息的电流；解调接收的电流，获得原边设备的地址及密码；根据所述原边设备的地址及密码主动连接原边设备。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在不增加任何额外硬件成本情况下，利用无线充电系统本身具备的通信模块、功率电路及控制电路，解决了多车位情况下车辆车载设备与所停车位的原边设备的WiFi的通信握手问题。
本发明通过控制地面端设备的逆变电路开关器件的高频开关断，驱动地面端的原边发射线圈，车载接收线圈接收到相应的电流信号，再通过解调实现WIFI模块的通信握手，解决了现有设备体积庞大，在车载部件上难以安装的技术问题。
本发明的握手方法，能够在不增加任何额外硬件成本情况下，解决多车位情况下车辆车载设备与所停车位的原边设备的WiFi的通信握手问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中，多停车位无线充电系统的架构示意图；
图2是本发明实施例中，多车位无线充电系统车载设备与原边设备的通信握手方法的流程示意框图；
图3是本发明实施例中，电动汽车无线充电系统的架构示意图；
图4是本发明实施例中，二进制数据与INV开关驱动信息转换的对照示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、元件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
在本发明中，“模块”、“装置”、“系统”等指应用于计算机的相关实体，如硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件等。详细地说，例如，元件可以、但不限于是运行于处理器的过程、处理器、对象、可执行元件、执行线程、程序和/或计算机。还有，运行于服务器上的应用程序或脚本程序、服务器都可以是元件。一个或多个元件可在执行的过程和/或线程中，并且元件可以在一台计算机上本地化和/或分布在两台或多台计算机之间，并可以由各种计算机可读介质运行。元件还可以根据具有一个或多个数据包的信号，例如，来自一个与本地系统、分布式系统中另一元件交互的，和/或在因特网的网络通过信号与其它系统交互的数据的信号通过本地和/或远程过程来进行通信。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参阅图1，本发明实施例中，所应用的多停车位无线充电系统环境中，无线充电系统由地面设备和车载设备构成；
地面设备包括：非车载功率组件，用于将电网或电源端的电能转换成为原边设备所需的高频交流电；原边设备，用于将非车载功率组件输入的高频交流电转换为高频交变电磁场，并向副边设备发射高频交变电磁场；其中，原边设备的数量为1个或多个，每个原边设备包括一个独立地址及密码的AP模式WiFi模块；
车载设备包括：副边设备，用于接收原边设备发射的高频交变电磁场；车载功率组件，用于将副边设备的高频交变电磁场转换为高频交流电并进一步转换为负载所需的直流电；其中，车载设备包含一个独立的STA模式的WiFi模块；
使用时，当车辆靠近停车充电位时(即车载设备靠近地面设备时)，车载设备同时接受到停车充电位的原边设备1～n的WiFi 1～WiFi n的信号，即可连接n个地面设备的WiFi模块。本发明实施例的通信握手方法实质解决的是使得车载设备与所停车位的原本设备k(k∈[1，n])的WiFi k准确连接。
本发明实施例中具体地，所述非车载功率组件可以连接多个原边设备，也可以仅连接1个原边设备；当仅连接1个原边设备时，非车载功率组件数量与原边设备数量相同。
本发明实施例的一种通信握手原边装置，用于无线充电系统车载设备与原边设备的通信握手，包括：
原边设备，所述原边设备的数量为一个或多个，用于设置在各个停车位；每个原边设备均至少设置有原边发射线圈、逆变模块和独立地址及密码的AP模式WiFi模块；
地面设备控制器，用于读取每个原边设备的AP模式WiFi模块的地址及密码信息转换为驱动信息，通过所述驱动信息周期性驱动对应原边设备的逆变模块，逆变模块驱动原边发射线圈进行电流激励。
根据本发明实施例可知，本发明在不增加任何额外硬件成本情况下，利用无线充电系统本身具备的通信模块、功率电路及控制电路，解决了多车位情况下车辆车载设备与所停车位的原边设备的WiFi的通信握手问题。
本发明实施例的一种通信握手副边装置，包括：
车载设备，所述车载设备至少设置有副边接收线圈和独立的STA模式WiFi模块；所述副边接收线圈用于根据原边发射线圈的电流激励产生包含原边设备WiFi信息的电流；所述独立的STA模式WiFi模块用于根据副边接收线圈产生的电流获得原边设备WiFi信息，基于原边设备WiFi信息连接原边设备的AP模式WiFi模块。
根据本发明实施例可知，本发明通过控制地面端设备的逆变电路开关器件的高频开关断，驱动地面端的原边发射线圈，车载接收线圈接收到相应的电流信号，再通过解调实现WIFI模块的通信握手，解决了现有设备体积庞大，在车载部件上难以安装的技术问题。
本发明实施例的一种通信握手方法，包括：读取原边设备WiFi信息并转换为驱动信息，基于所述驱动信息驱动原边发射线圈；其中，所述驱动信息至少包括帧头、校验、帧尾和数据总长度信息。
本发明实施例的一种通信握手方法，包括：
基于线圈电磁耦合，接收包含原边设备WiFi信息的电流并通过帧头、校验、帧尾的解析完成原边设备WiFi信息的解析；基于解析获得的原边设备WiFi信息，主动连接原边设备WiFi。
本发明实施例的一种通信握手方法，基于本发明上述的通信握手装置，包括以下步骤：
地面设备控制器读取原边设备WiFi信息并转换为驱动信息，逆变模块按照所述驱动信息进行固定时间的周期性开关断并驱动原边发射线圈；其中，所述驱动信息至少包括帧头、数据总长度、校验和帧尾信息；
副边接收线圈与原边发射线圈电磁耦合，副边接收线圈接收包含原边设备WiFi信息的电流；解调副边接收线圈的电流，通过帧头、校验、帧尾的解析完成原边设备WiFi信息的解析；
车载设备的副边WiFi模块基于解析的原边设备WiFi信息，主动连接原边设备的原边WiFi模块。
请参阅图2，本发明实施例的一种多车位无线充电系统车载设备与原边设备的通信握手方法，包括以下步骤：
(1)原边设备WiFI地址/名称、密码等基本配置信息录入地面设备控制器的存储器中；
(2)地面设备控制器CSU读取存储器中WiFi信息；
(3)CSU将读取的WiFi信息转换为驱动信息，并周期性驱动INV，无线充电系统控制原边设备的发射线圈按照INV驱动信息进行小电流激励；
(4)车辆进入停车位并靠近发射线圈，接收线圈接收包含原边设备WiFi信息的电流；
(5)车载设备解调接收线圈电流，通过帧头、校验、帧尾的解析，完成原边设备WiFi信息的解析；
(6)车载设备WiFi模块通过解析的原边设备WiFi信息，主动连接原边设备WiFi；
(7)车载设备WiFi与原边设备WiFi完成连接，IVU向CSU发送连接成功的信号，地面设备停止对原边设备发射线圈的电流激励；
(8)车载设备与原边设备的通信握手完成。
请参阅图3，本发明实施例的一种电动汽车无线充电系统，包括：功率因数校正模块(PFC)、直流功率变换模块(DC-DC)、逆变模块(INV)、谐振补偿网络(CN)、车载功率变换控制模块(PPC)；
其中，功率因数校正模块用于将电网或者电源的电能转换为直流电；直流功率变换模块将功率因数校正模块输出的直流电转换为后级模块需求对应的直流电；逆变模块用于将直流功率变换模块输出的直流电转换为高频交流电；原边谐振补偿网络用于将逆变模块输出的高频交流电转换为原边线圈所需的周期正弦振荡的高频激励；
副边谐振补偿网络和车载功率变换控制模块用于将接收到的高频交变电磁场转换为负载所需的电能。
本发明实施例中，地面设备中功率因数校正模块、直流功率变换模块、逆变模块均由原边控制单元(CSU)控制，且CSU与原边设备的WiFi连接，车载设备的车载功率变换控制模块由车载控制单元IVU控制，且车载控制单元与车载设备的WiFi连接。其中，原边设备WiFi信息(含地址、密码)存放在CSU中控制器的存储空间内；通过逆变模块将WiFi信息转换成相应形式的电流信号，并激励原边设备中的发射线圈。
本发明实施例中，INV模块将WiFi k信息转换成电流信号的步骤具体包括：
(1)无线充电系统地面设备控制启动；
(2)CSU按照录入控制器的存储空间内的WiFi k的信息控制INV的驱动，驱动中包含的信息至少包括帧头、数据总长度、校验和帧尾信息；
(3)INV按照驱动信息进行固定时间的周期性开关断，同时驱动原边设备的发射线圈，发射线圈电流控制在一个较小的值(例如，可以为1～2A)。
以上步骤完成WiFi k信息转换成电流信号，当车辆进入停车位k且靠近发射线圈k时，车载设备的接收线圈能够接收到包含WiFi k信息的电流信号，进一步解调出WiFi k的相关信息并发送给车载WiFi模块。
本发明实施例的一种INV按照驱动信息进行固定时间的周期性开关断的方法步骤如下：
WiFi k的需传输的信息如表1所示。
表1.WiFi k需传输的信息示例
帧头 数据段1(WiFi地址) 数据段2(WiFi密码) 校验位 帧尾
FA 192.168.360.221 12345678 AF CD
将WiFi k的信息均转换为二进制数据，对照表如表2所示。
表2.信息二进制转换对照表
数据 0 1 2 3 4 5 6 7 8
二进制 00000 00001 00010 00011 00100 00101 00110 00111 01000
数据 9 A B C D E F . 空格
二进制 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111 10000 10001
表1中WiFi k需传输的信息每个数据均包含5个字节。INV开关频率按照85.5kHz设定，设置固定周期数量为一个字节，如设定20个周期，表2中的部分二进制数据与INV驱动信息对照如图4所示。
综上所述，本发明无需通过增加任何额外硬件成本情况下，利用无线充电系统本身具备的通信模块、功率电路及控制电路，解决了多车位情况下车辆车载设备与所停车位的原边设备的WiFi的通信握手。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通信握手原边装置，其特征在于，包括：
原边设备，用于根据驱动产生磁场，所述磁场用于通过电磁耦合方式产生包含原边设备信息的电流；
地面设备控制器，用于读取所述原边设备的地址及密码，转换为驱动信息，通过所述驱动信息周期性驱动对应原边设备。
2.一种通信握手副边装置，其特征在于，包括：车载设备；
所述车载设备包括：
副边接收线圈，用于通过电磁耦合方式接收包含原边设备信息的电流；
解调模块，用于解调所述副边接收线圈接收的电流，获得原边设备的地址及密码；
副边WiFi模块，用于根据所述原边设备的地址及密码主动连接原边设备。
3.一种通信握手系统，其特征在于，包括：
原边设备，用于根据驱动产生磁场，所述磁场用于通过电磁耦合方式产生包含原边设备信息的电流；
地面设备控制器，用于读取所述原边设备的地址及密码，转换为驱动信息，通过所述驱动信息周期性驱动对应原边设备；
车载设备，包括：
副边接收线圈，用于通过电磁耦合方式接收包含原边设备信息的电流；
解调模块，用于解调所述副边接收线圈接收的电流，获得原边设备的地址及密码；
副边WiFi模块，用于根据所述原边设备的地址及密码主动连接原边设备。
4.根据权利要求3所述的一种通信握手系统，其特征在于，所述原边设备的数量为一个或多个，用于设置在各个停车位。
5.根据权利要求3所述的一种通信握手系统，其特征在于，所述通信握手系统用于无线充电系统车载设备与原边设备的通信握手。
6.根据权利要求3所述的一种通信握手系统，其特征在于，所述原边设备包括：
功率因数校正模块，用于将电网或者电源的电能转换为直流电；
直流功率变换模块，用于将所述功率因数校正模块输出的直流电进行转换，输出转换后的直流电；
逆变模块，用于将所述直流功率变换模块输出的转换后的直流电转换为高频交流电并输出；
原边谐振补偿网络，用于将所述逆变模块输出的高频交流电转换为周期正弦振荡的高频激励并输出；
原边发射线圈，用于根据所述原边谐振补偿网络输出的周期正弦振荡的高频激励产生磁场；
原边WiFi模块，用于与所述副边WiFi模块连接。
7.根据权利要求6所述的一种通信握手系统，其特征在于，所述原边WiFi模块为AP模式WiFi模块；所述副边WiFi模块为STA模式WiFi模块。
8.根据权利要求3所述的一种通信握手系统，其特征在于，所述车载设备还包括：
车载控制单元，所述车载控制单元与所述地面设备控制器能够无线通讯，用于向所述地面设备控制器反馈握手成功信号；
所述地面设备控制器根据接收的握手成功信号，停止对相应原边设备的驱动。
9.根据权利要求3所述的一种通信握手系统，其特征在于，所述驱动信息包括帧头、校验、帧尾和数据总长度信息。
10.一种通信握手方法，其特征在于，包括以下步骤：
读取原边设备的地址及密码，转换为驱动信息，通过所述驱动信息周期性驱动对应原边设备，所述原边设备根据驱动产生磁场；
基于所述磁场通过电磁耦合方式接收包含原边设备信息的电流；解调接收的电流，获得原边设备的地址及密码；根据所述原边设备的地址及密码主动连接原边设备。
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