通信系统及无线汽车充电装置的制作方法

本实用新型涉及无线通信技术领域，特别涉及一种通信系统及应用该通信系统的无线汽车充电装置。

背景技术：

目前汽车充电主要是采用有线充电和无线充电两种方式。无线充电省去了电动汽车与充电电源的频繁接触、减少人工操作环节，简化了充电步骤和降低了充电成本，因而得到更广泛的应用。

汽车的无线充电系统包括基建侧部分和车载侧部分，基建侧部分通常设置有原边无线通信装置，车载侧部分通常设置有副边无线通信装置，通过原边无线通信装置和副边无线通信装置形成的单一通道进行通信，在大功率充电场合，通信易受干扰，从而导致充电故障。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提供一种通信系统，旨在提高通信系统的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型提出了了一种通信系统，应用于汽车无线充电装置，所述汽车无线充电装置包括基建侧和车载侧，所述基建侧包括原边变换器，所述车载侧包括副边变换器，该通信系统包括位于基建侧的原边线圈、原边天线及原边控制器，所述通信系统还包括位于车载侧的副边线圈、副边天线及副边控制器；

所述原边线圈和所述副边线圈，传输电压或电流；所述原边线圈和所述副边线圈之间传输的电压或电流中包括过零点信息；

所述原边控制器，检测原边变换器中电压或电流的过零点，并在检测到过零点时，通过所述原边天线发射或接收数字信号；所述副边控制器，检测副边变换器中电压或电流的过零点，并在检测到过零点时，通过所述副边天线发射或接收数字信号。

优选地，原边变换器分别与原边线圈及原边控制器连接，副边变换器分别与副边线圈及副边控制器连接；所述原边控制器与原边天线连接，所述副边控制器与副边天线连接

优选地，所述电压或电流的过零点信息的频率小于或等于两倍的数字信号的频率。

优选地，所述原边控制器包括原边控制电路及原边调制解调电路，所述副边控制器包括副边控制电路及副边调制解调电路；

所述原边控制电路经所述原边调制解调电路与所述原边天线电连接；所述副边控制电路经所述副边调制解调电路与所述副边天线电连接。

优选地，所述原边线圈与副边线圈形成有第一信号通道，所述原边天线与所述副边天线形成有第二信号通道；

所述原边控制电路或副边控制电路检测到电压或电流的过零点信息时，所述原边控制电路或副边控制电路延时预设时间后再通过第二信号通道发送数字信号。

优选地，所述原边控制电路或副边控制电路检测到电压或电流的过零点信息时，所述原边控制电路或副边控制电路延时预设时间后再通过第二信号通道接收数字信号。

优选地，所述预设时间小于所述原边线圈和副边线圈之间传输电压或电流周期的1/4。。

优选地，在所述原边控制电路检测到电压或电流的过零点信息且检测到数字信号的起始位时，所述原边控制电路延时预设时间后再开启原边调制解调电路解调信号；

在所述副边控制电路检测到电压或电流的过零点信息且检测到数字信号的起始位时，所述副边控制电路延时预设时间后再开启副边调制解调电路解调信号。

本实用新型还提出一种汽车无线充电装置，该汽车无线充电装置包括位于基建侧的原边变换器、位于车载侧的副边变换器、及如上所述的通信系统；

所述原边控制器，控制所述原边变换器将电能进行变换后通过原边线圈及副边线圈传输至副边变换器；所述副边控制器控制所述副边变换器对电能再次变换后给负载充电。

优选地，所述原边变换器包括原边整流电路、调压电路、逆变电路、及原边补偿电路，所述副边变换器包括副边整流电路及副边补偿电路；

所述原边整流电路的第一输入端及第二输入端接入市电，所述原边整流电路的第一输出端及第二输出端分别与所述调压电路的第一输入端及第二输入端连接；所述调压电路的第一输出端及第二输出端分别与所述逆变电路的第一输入端及第二输入端连接；所述逆变电路的第一输出端及第二输出端分别与原边补偿电路的第一输入端及第二输入端连接，所述原边补偿电路的第一输出端及第二输出端分别与所述原边线圈的第一端及第二端连接；所述原边补偿电路的采集端与所述原边控制器连接，所述原边控制器还与天线电连接；

所述副边线圈与所述原边线圈电磁耦合，所述副边线圈的第一端及第二端分别与所述副边补偿电路的第一输入端及第二输入端连接，所述副边补偿电路的第一输出端及第二输出端分别与所述副边整流电路的第一输入端及第二输入端连接；所述副边整流电路的第一输出端及第二输出端均与电池连接；所述副边补偿电路的采集端与所述副边控制器连接，所述副边控制器还与天线电连接；

所述原边控制器的控制端分别与所述原边整流电路的受控端、所述调压电路的受控端及所述逆变电路的受控端连接；所述副边控制器的控制端与所述副边整流电路的受控端连接。

本实用新型技术方案通过设置该原边线圈、原边天线、原边控制器、副边线圈、副边天线及副边控制器，形成了一种通信系统。原边线圈与副边线圈之间耦合，通信系统通过原边线圈和副边线圈传输电压或电流的过零点信息。在基建侧向车载侧传输数字信号状态下，原边控制器在检测到电压或电流过零点时通过原边天线发射数字信号，副边控制器在检测到电压或电流过零点之后再开始通过副边天线接收数字信号；类似地，在车载侧向基建侧传输数字信号状态下，副边控制器在检测到电压或电流过零点时通过副边天线发射数字信号，原边控制器在检测到电流或电压过零点之后再通过原边天线接收数字信号。相对于传统的单信号通道，本实用新型技术方案通过原边线圈和副边线圈传输电压或电流，其中传输的电压或电流中含有过零点信息，并在原边天线和副边天线传输数字信号进行通信，在过零点时进行接收或发射信号，有效降低了大功率充电工况下对通信的干扰，提高了系统通信的抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型通信系统一实施例的功能模块图；

图2为本实用新型通信系统进一步实施例的功能模块图；

图3为本实用新型通信系统通信波形第一实施例示意图；

图4为本实用新型通信系统通信波形第二实施例示意图；

图5为本实用新型通信系统通信波形第三实施例示意图；

图6为本实用新型原边补偿电路第一实施例的结构示意图；

图7为本实用新型原边补偿电路第二实施例的结构示意图；

图8为本实用新型原边补偿电路第三实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种通信系统，应用于汽车无线充电装置，该汽车无线充电装置包括原边变换器100及副边变换器200。

参照图1及图2，在本实用新型实施例中，该通信系统包括位于基建侧的原边线圈Lp、原边天线400及原边控制器300，所述汽车无线充电系统还包括位于车载侧的副边线圈Ls、副边天线600及副边控制器500。

所述原边线圈Lp和所述副边线圈Ls，传输电压或电流；所述原边线圈 Lp和所述副边线圈Ls之间传输的电压或电流中包括电压或电流的过零点信息；所述原边控制器300，检测原边变换器100中电压或电流的过零点，并在检测到过零点时，通过所述原边天线400发射或接收数字信号；所述副边控制器500，检测副边变换器200中电压或电流的过零点，并在检测到过零点时，通过所述副边天线600发射或接收数字信号。

通信系统包括第一信号通道(未示出)和第二信号通道(未示出)，所述第一信号通道设置于所述原边线圈Lp与所述副边线圈Ls之间；所述第二信号通道设置于所述原边天线400与所述副边天线600之间。

需要说明的是，原边线圈Lp和副边线圈Ls分别为汽车无线充电装置松耦合变压器的原边绕组和副边绕组，原边线圈Lp和副边线圈Ls相互耦合，将原边电能传输至副边，对电动汽车的电池进行充电。本实用新型技术方案中，还利用了原边线圈Lp和副边线圈Ls传递电压或电流的过零点信息。

本实用新型技术方案通过设置该原边线圈Lp、原边天线400、原边控制器 300、副边线圈Ls、副边天线600及副边控制器500，形成了一种通信系统。原边线圈Lp与副边线圈Ls之间耦合，通信系统通过原边线圈Lp和副边线圈Ls传输电压或电流的过零点信息。在基建侧向车载侧传输数字信号状态下，原边控制器300在检测到电压或电流过零点时通过原边天线400发射数字信号，副边控制器500在检测到电压或电流过零点之后再开始通过副边天线600接收数字信号；类似地，在车载侧向基建侧传输数字信号状态下，副边控制器500在检测到电压或电流过零点时通过副边天线600发射数字信号，原边控制器300 在检测到电流或电压过零点之后再通过原边天线400接收数字信号。相对于传统的单信号通道，本实用新型技术方案通过原边线圈Lp和副边线圈Ls传输电压或电流，其中传输的电压或电流中含有过零点信息，并在原边天线和副边天线传输数字信号进行通信，，联合进行信号的传输，并在过零点时进行接收或发射信号，有效降低了大功率充电工况下对通信的干扰，提高了系统通信的抗干扰能力。

具体地，原边变换器100分别与原边线圈及原边控制器连接，副边变换器分别与副边线圈及副边控制器连接；所述原边控制器与原边天线连接，所述副边控制器与副边天线连接。

所述通信系统第一信号通道传输强电信号，所述强电信号包括原边变换器100的电压或电流的过零点信息；所述通信系统第二信号通道传输弱电信号，所述弱电信号包括原边控制器300输出的或副边控制器500输出的数字信号。

需要说明的是，原边线圈Lp和副边线圈Ls之间形成的信号通道用于传输强电信号，包括原边变换器100中电压或电流的过零点信息，还包括原边变换器100的电压值、电流值、频率等实时模拟信号。而原边天线400及副边天线600之间用于传输含有调制信息的数字信号。

进一步地，所述原边控制器300或所述副边控制器500检测到电压或电流的过零点信息时，通过第二信号通道传输发射数字信号。

本实用新型实施例中，过零信号作为一种同步信号，即在原边控制器300 或副边控制器500检测电压或电流过零点时，原边控制器300通过原边天线 400发射数字信号，与此同时，副边控制器500通过副边天线600开始接收信号；或者是副边发射信号，原边接收信号。通过在交流电过零点时开始进行信号传输，大大降低了原边变换器100或副边变换器200中功率电路对通信的干扰，提高通信的稳定性。

进一步地，所述强电信号的频率小于或等于两倍的弱电信号的频率。

需要说明的是，强电信号频率fs和实际调制信号频率fb满足fb≤2*fs，当fb＝2*fs时，数字信号每个比特位对应持续的时间为半个周波，每个过零点都是同步信号；当fb＝fs时，数字信号每个比特位对应持续的时间整个周波，每隔一个过零点都是同步信号。推荐采用fs＝n*fb(n大于1且n为正整数)，当确定了fs和fb的关系后，每一个比特位持续的时间是固定的。

进一步地，所述原边控制器300包括原边控制电路310及原边调制解调电路320，所述副边控制器500包括副边控制电路510及副边调制解调电路 520；所述原边控制电路310经所述原边调制解调电路320与所述原边天线400 电连接；所述副边控制电路510经所述副边调制解调电路520与所述副边天线600电连接。

在本实施例中，发射信号的一端称为发射端，接收信号的一端为接收端。

参照图3，需要说明的是，原边调制解调电路320或副边调制解调电路520用于对信号的调制解调，例如原边调制解调电路320将要传输的信息进行调制后通过原边天线400无线发射至副边天线600，副边调制解调电路520对接收到的信号进行解调，完成通信。

图3至图5中由上到下，依次是发射端电压或电流的过零点信息波形、发射端数字信号波形、接收端接收到的电压或电流的过零点信息波形及数字信号波形。t1、t2、t3、t4、t5、t6为零点信号波形的过零点时刻。

参照图4，进一步地，所述原边控制电路310或副边控制电路510检测到电压或电流的过零点信息时，所述原边控制电路310或副边控制电路510延时预设时间后再通过第二信号通道接收数字信号。即在发射端开始发送数字信号后，接收端的原边控制电路310或副边控制电路510检测到电压或电流的过零点信息时，延时预设时间后，再接收发射端发射的周期性数字信号。本实施例中，所述预设时间小于所述原边线圈和副边线圈之间传输电压或电流周期的1/4。

参照图5，进一步地，所述原边控制电路310或副边控制电路510检测到电压或电流的过零点信息时，所述原边控制电路310或副边控制电路510延时预设时间后再通过第二信号通道发送数字信号。

延时预设时间可以保证发射端在高速率传输数据的时候，接收端可以在过零点启动解调电路解调信号，使得受到无线充电系统的干扰最小。

继续参照图5，进一步地，在所述原边控制电路310检测到电压或电流的过零点信息且检测到数字信号的起始位时，所述原边控制电路310延时预设时间后再开启原边调制解调电路320解调信号；在所述副边控制电路510检测到电压或电流的过零点信息且检测到数字信号的起始位时，所述副边控制电路510延时预设时间后再开启副边调制解调电路520解调信号。

需要说明的是，含有调制信息的数字信号是以周期的方式循环发射的，直到接收端接收完毕才结束。每一周期的数字信号中包含有起始位，在接收端检测到电压或电流的过零点信息且检测到数字信号的起始位时，再开启对应的原边或副边调制解调电路520，开始接收信号。这样可进一步地降低线充电系统对通信的干扰，并降低后续处理电路的性能要求，从而降低成本。

现举例对第二信号通道中信号调制和解调的过程进行说明，本实施例中假设基建侧为信号发射端，车载侧为信号接收端。基建侧要输出10101五位二进制信息，这些信息通过FSK(Frequency-shift keying，频移键控)调制的方式将1转换为频率为f1的信号，将0转换为频率为f2的信号。

车载侧捕获通过第一信号通道传输过来的电流过零点信息，然后副边调制解调电路520延时预设时间后工作，这样可以让副边调制解调电路520在过零点附近开始工作，大大降低了主功率电路的干扰。如果副边调制解调电路520没有解调出了0或1信息，说明基建侧没有信息发送，持续进行检测；如果副边调制解调电路520解调出了0或1信息，说明收到了基建侧发送的信息。以此过零点加上前面的延时时间为这一位信息的起始时间，并且在指定的位时间范围内解调信息，如果解调出的出的信息一致，例如全为1或全为0，说明解调出的信息无误。如果由于干扰导致解调出的信息中包含0和1，实际可按照二者持续的时间较长的为准的原则进行判断，这样可能会导致解调出的信息出错，但是可通过发送端和接收端的应用层校验进行判断，如果校验出错，可以重复发送数据。

基建侧捕获逆变电路输出电流的过零点，在捕获过零点的同时，按照上述方式原边控制器300将信息1通过调制电路转换为频率为f1的信号发送出去，

根据指定的位长度，基建侧在检测到指定的位长度后的下一个过零点信息，通过原边控制器300将0通过调制解调电路转换为频率为f2的信号发送出去，车载侧根据上一位的起始时间、位长以及下一过零点判断出下一位信息的起始时间。车载侧重复上面的步骤将0解调出来。

如此重复，从而将要输出10101五位二进制信息发送完毕。

本实用新型还提出一种汽车无线充电装置，该汽车无线充电装置包括位于基建侧的原边变换器100、位于车载侧的副边变换器200、及如上所述的通信系统；

所述原边控制器300，控制所述原边变换器100将电能进行变换后通过原边线圈Lp及副边线圈Ls传输至副边变换器200；所述副边控制器500控制所述副边变换器200对电能再次变换后给负载充电。

具体地，所述原边变换器100包括原边整流电路110、调压电路120、逆变电路130、及原边补偿电路140，所述副边变换器200包括副边整流电路220 及副边补偿电路210；

所述原边整流电路110的第一输入端及第二输入端接入市电，所述原边整流电路110的第一输出端及第二输出端分别与所述调压电路120的第一输入端及第二输入端连接；所述调压电路120的第一输出端及第二输出端分别与所述逆变电路130的第一输入端及第二输入端连接；所述逆变电路130的第一输出端及第二输出端分别与原边补偿电路140的第一输入端及第二输入端连接，所述原边补偿电路140的第一输出端及第二输出端分别与所述原边线圈Lp的第一端及第二端连接；所述原边补偿电路140的采集端与所述原边控制器300连接，所述原边控制器300还与天线电连接；

所述副边线圈Ls与所述原边线圈Lp电磁耦合，所述副边线圈Ls的第一端及第二端分别与所述副边补偿电路210的第一输入端及第二输入端连接，所述副边补偿电路210的第一输出端及第二输出端分别与所述副边整流电路 220的第一输入端及第二输入端连接；所述副边整流电路220的第一输出端及第二输出端均与电池连接；所述副边补偿电路210的采集端与所述副边控制器500连接，所述副边控制器500还与天线电连接；

所述原边控制器300的控制端分别与所述原边整流电路110的受控端、所述调压电路120的受控端及所述逆变电路130的受控端连接；所述副边控制器500的控制端与所述副边整流电路220的受控端连接。

需要说明的是，汽车无线充电系统为一种非接触感应电能传输系统，系统中的漏感影响了系统传输的有功功率。本实施例中，通过补偿电路来提高系统的有功功率。

参照图6至图8，补偿电路包括如下三个实施例：

实施例一，该补偿电路包括第一电容，其中第一电容的第一端与所述逆变电路130的第一输出端连接，第一电容的第二端与原边线圈Lp的第一端连接。

实施例二，该补偿电路包括第一电容，第一电容并联于原边线圈Lp的第一端和第二端之间。

实施例三，该补偿电路包括第一电容、第二电容、及第一电感；第一电感的第一端与所述逆变电路130的第一端输出端连接，第一电感的第二端经所述第一电容与原边线圈Lp的第一端连接，第二电容并联于原边线圈Lp两端。

需要说明的是，副边补偿电路的电流结构与原边补偿电路的电路结构相同，其具体电路结构请参照原边补偿电路。

进一步地，汽车无线充电系统还包括电池管理器700，所述电池管理器 700的第一输入端及第二输入端分别与所述副边整流电路220的第一输出端及第二输出端连接，所述电池管理器700的第一输出端及第二输出端均与所述动力电池连接。

电池管理器700即BMS(Battery Management System，电池管理系统)，用于对电池的电量、电压及电流进行检测和管理。电池管理器700提高了整了汽车无线充电系统的自动化水平。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。