一种无线系统及方法与流程

本发明涉及无线电能传输技术领域，特别涉及一种无线系统及方法。

背景技术：

随着技术发展，电动汽车越来越受到关注，其中电动汽车的能源补充，如有线充电桩充电、无线充电成为技术研发的重点。

通常，无线充电系统的充电过程中往往采用wifi网络以及特殊频段的无线通信方式，这类方法存在通信时效性差、易受外界干扰的问题，且建立通信通道的时间较长，尤其不适用于车辆行进或倒车的行驶状态中动态充电。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无线系统及方法，以便提高无线充电系统与充电汽车的通信速度和质量，保证充电过程的快速稳定。其具体方案如下：

一种无线充电系统，包括车载功率接收端、地面功率发射端、车载信号发射端和地面信号接收端，其中：

所述车载信号发射端生成交流磁场，以发送第一频率的电磁信号；

当所述地面信号接收端感应到所述电磁信号，控制所述地面功率发射端以第二频率向所述车载功率接收端无线传输功率；

其中所述第一频率与所述第二频率的比为预设频率比。

优选的，无线充电系统包括两个相隔预设距离分布于车辆行进方向上的所述地面信号接收端，相隔预设距离分布于车辆行进方向上，以使两个所述地面信号接收端不能同时感应到所述电磁信号。

优选的，所述无线充电系统包括两个分别位于车头和车尾的所述车载功率接收端。

优选的，所述无线充电系统还包括：

分别连接两个所述车载功率接收端的两个ac-dc转换单元；

分别控制两个所述ac-dc转换单元工作状态的控制器；

接收两个所述ac-dc转换单元的输出功率的车载电池。

优选的，所述车载信号发射端位于车体中部；

所述地面功率发射端位于两个所述地面信号接收端的中点。

优选的，所述预设频率比在[7,15]的范围内。

相应的，本发明公开了一种无线充电方法，包括：

利用车载信号发射端生成交流磁场，以发送第一频率的电磁信号；

当地面信号接收端感应到所述电磁信号，控制所述地面功率发射端以第二频率向车载功率接收端无线传输功率；

其中所述第一频率与所述第二频率的比为预设频率比。

优选的，两个所述地面信号接收端，相隔预设距离分布于车辆行进方向上，以使两个所述地面信号接收端不能同时感应到所述电磁信号；

则当所述地面信号接收端感应到所述电磁信号，控制所述地面功率发射端以第二频率向所述车载功率接收端无线传输功率的过程，具体包括：

当第一次两个所述地面信号接收端中任一感应到所述电磁信号，控制所述地面功率发射端以所述第二频率向所述车载功率接收端无线传输功率；

当第二次两个所述地面信号接收端中任一感应到所述电磁信号，停止所述地面功率发射端向所述车载功率接收端无线传输功率。

优选的，两个所述车载功率接收端分别位于车头和车尾；

所述控制所述地面功率发射端以所述第二频率向所述车载功率接收端无线传输功率的过程，具体还包括：

分别控制两个所述车载功率接收端向车载电池连续输送电能。

优选的，所述预设频率比在[7,15]的范围内。

本发明公开了一种无线充电系统，包括车载功率接收端、地面功率发射端、车载信号发射端和地面信号接收端，其中：所述车载信号发射端生成交流磁场，以发送第一频率的电磁信号；当所述地面信号接收端感应到所述电磁信号，控制所述地面功率发射端以第二频率向所述车载功率接收端无线传输功率；其中所述第一频率与所述第二频率的比为预设频率比。

可见，本发明中以第一频率的电磁信号作为通讯信号，当地面信号接收端感应到电磁信号则开启地面功率发射端进行功率传输；不同于现有技术无线通信的复杂电路和对各种通信内容的兼容性，本发明的电磁信号实际上是第一频率的交流磁场中车载信号发射端与地面信号接收端之间的电磁耦合，配合电路简单，只向地面信号接收端传递车载信号发射端在或不在两种状态，功能单一且高效稳定，受外界干扰的可能性极小。

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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种无线充电系统的结构分布图；

图2为本发明实施例中一种具体的无线充电系统的结构分布图；

图3为本发明实施例中一种无线充电方法的步骤流程图；

图4为本发明实施例中一种具体的无线充电方法的步骤流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

现有技术中，控制充电系统启停的通信手段通常为wifi等常规无线通信，这类通信手段能够传输多种不同的信息，兼容各种软件系统，但在无线充电领域，由于充电过程中信息流单一，常规通信手段兼容性强的特点不能充分发挥，反而由于常规通信手段时效性差、容易受到外界环境干扰，在无线充电中的应用效果不理想。

而本实施例中，相当于传统通信信息的是电磁耦合产生的电磁信号，恰当频率的电磁信号在车载信号发射端3和地面信号接收端4之间能够快速稳定地传递，工作电路简单易实现，且没有常规通信手段的缺陷。

本发明实施例公开了一种无线充电系统，参见图1所示，包括车载功率接收端1、地面功率发射端2、车载信号发射端3和地面信号接收端4，其中：

所述车载信号发射端3生成交流磁场，以发送第一频率的电磁信号；

当所述地面信号接收端4感应到所述电磁信号，控制所述地面功率发射端2以第二频率向所述车载功率接收端1无线传输功率；

其中所述第一频率与所述第二频率的比为预设频率比。

其中，车载信号发射端3和地面信号接收端4通常采用lcl结构，车载电源利用dc-ac电路转换得到第一频率的交流电并传输给车载信号发射端3，车载信号发射端3生成第一频率的交流磁场，以发送第一频率的电磁信号；如果车载信号发射端3和地面信号接收端4距离适当，就能够在该交流磁场中耦合，地面信号接收端4能够感应到该电磁信号，相当于地面功率发射端2的开启信号。

可以理解的是，这里的车载电源由电动汽车提供，通常电源为dc24v或dc12v，dc-ac电路的具体参数根据车载电源的电压和确定的第一频率确定。

其中，如果预设频率比太小，第一频率的电磁信号容易受到第二频率的的谐波信号的干扰影响；如果预设频率比太大，实现第一频率的功率器件选型要求较高，成本不经济；因此，考虑降低谐波干扰和控制成本两方面因素，预设频率比的选择范围一般在[7,15]的范围内，例如选择地面功率发射端2的第二频率为40khz时，可选择第一频率为400khz。

现有技术中，控制充电系统启停的通信手段通常为wifi等常规无线通信，这类通信手段能够传输多种不同的信息，兼容各种软件系统，但在无线充电领域，由于充电过程中信息流单一，常规通信手段兼容性强的特点不能充分发挥，反而由于常规通信手段时效性差、容易受到外界环境干扰，在无线充电中的应用效果不理想。

而本实施例中，相当于传统通信信息的是电磁耦合产生的电磁信号，恰当频率的电磁信号在车载信号发射端3和地面信号接收端4之间能够快速稳定地传递，工作电路简单易实现，且没有常规通信手段的缺陷。

实际上，地面信号接收端4感应到所述电磁信号，控制所述地面功率发射端2以第二频率向所述车载功率接收端1无线传输功率的动作，具体是通过控制地面功率发射主机实现的，地面功率发射主机会根据地面信号接收端4的信号向地面功率发射端2输出功率。

本发明实施例公开了一种无线充电系统，包括车载功率接收端、地面功率发射端、车载信号发射端和地面信号接收端，其中：所述车载信号发射端生成交流磁场，以发送第一频率的电磁信号；当所述地面信号接收端感应到所述电磁信号，控制所述地面功率发射端以第二频率向所述车载功率接收端无线传输功率；其中所述第一频率与所述第二频率的比为预设频率比。

可见，本发明中以第一频率的电磁信号作为通讯信号，当地面信号接收端感应到电磁信号则开启地面功率发射端进行功率传输；不同于现有技术无线通信的复杂电路和对各种通信内容的兼容性，本发明的电磁信号实际上是第一频率的交流磁场中车载信号发射端与地面信号接收端之间的电磁耦合，配合电路简单，只向地面信号接收端传递车载信号发射端在或不在两种状态，功能单一且高效稳定，受外界干扰的可能性极小。

本发明实施例公开了一种具体的无线充电系统，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的参见图2所示：

其中，无线充电系统包括两个所述地面信号接收端4，相隔预设距离分布于车辆行进方向上，以使两个所述地面信号接收端4不能同时感应到所述电磁信号。

可以理解的是，电磁信号的感知范围是一个以车载信号发射端3为圆心的圆，地面信号接收端4根据是否感知到电磁信号即可判断与车载信号发射端3的距离，从而判断是否控制地面功率发射端2传输功率。

具体的，如果无线充电系统只有一个车载信号发射端3和一个地面信号接收端4，地面信号接收端4在感应到电磁信号时控制地面功率发射端2传输功率，在电磁信号消失时停止地面功率发射端2传输功率。考虑通信滞后，车载信号发射端3和地面信号接收端4的电磁耦合时间必然比车载功率接收端1接收传输功率的时间稍长。

如果无线系统有一个车载信号发射端3和两个地面信号接收端4，就能够解除地面信号接收端4和地面功率发射端2的直接相关性。

具体的，无线充电系统包括两个所述地面信号接收端4，相隔预设距离分布于车辆行进方向上，以使两个所述地面信号接收端4不能同时感应到所述电磁信号，此时两个地面信号接收端4之间的预设距离要大于车载信号发射端3在车辆行进方向的信号辐射范围。

一般为了准确起见，设置第一频率的时候要求信号辐射范围较小，也就是说地面信号接收端4只有在正对车载信号发射端3时才能感受到电磁信号；但是考虑车辆的运行轨迹误差，一般允许存在±10％以内的偏移率。

如果安装了车载信号发射端3的车辆始终沿着车辆行进方向正向或反向行进，则会出现以下情形：

某一个地面信号接收端4先感应到电磁信号；该地面信号接收端4感应到的电磁信号消失；另一个地面信号接收端4再感应到电磁信号；该地面信号接收端4感应到的电磁信号消失。

如果车辆沿着车辆行进方向走一半又倒回去，可能会出现以下情况：

靠近该车辆的地面信号接收端4第一次感应到电磁信号，电磁信号消失；

该地面信号接收端第二次感受到电磁信号，电磁信号再次消失。

可以发现的是，不管是车辆始终同一方向行进，还是走一半倒回去，电磁信号均是出现——消失——再出现——再消失，可监测两个地面信号接收端4的状态，设置地面功率发射端2无线传输功率的逻辑：第一次电磁信号出现时开始传输功率，第二次电磁信号出现时停止传输功率。

基于两个地面信号接收端4，可以实现车辆双向行进及倒车行进方向的动态充电，解决了传统的车辆只能依照车头方向实现的双向充电，且按照逻辑设计实现倒车动态及静态充电、前进停止充电等。

进一步的，所述无线充电系统包括两个分别位于车头和车尾的所述车载功率接收端1。两个车载功率接收端1的安排，增加了车载功率接收端1和地面功率发射端2的相对辐射面积，相对延长了车辆受电时间，避免车辆可能出现小范围动态设备不连续的情况下的功率波动。

具体的，所述车载信号发射端3位于车体中部；所述地面功率发射端4位于两个所述地面信号接收端2的中点，通过恰当安排无线充电系统各部件的位置，提高功率输送的效率。

进一步的，所述无线充电系统还包括：

分别连接两个所述车载功率接收端1的两个ac-dc转换单元5；

分别控制两个所述ac-dc转换单元5工作状态的控制器6；

接收两个所述ac-dc转换单元的输出功率的车载电池7。

可以理解的是，每个车载功率接收端1分别通过单独的ac-dc转换单元5，在输出端正母线增加防反二极管的情况下进行并联并输出到车载电池7。每个ac-dc转换单元5配置相应的控制器6，实现对每个车载功率接收端1的参数的采集及控制，以尽可能保证车载电池7输入功率的连续性，避免功率波动影响车载电池7的使用寿命。

相应的，本发明公开了一种无线充电方法，参见图3所示，包括：

s11：利用车载信号发射端生成交流磁场，以发送第一频率的电磁信号；

s12：当地面信号接收端感应到所述电磁信号，控制所述地面功率发射端以第二频率向车载功率接收端无线传输功率；

其中所述第一频率与所述第二频率的比为预设频率比。

其中，车载信号发射端3和地面信号接收端4通常采用lcl结构，车载电源利用dc-ac电路转换得到第一频率的交流电并传输给车载信号发射端3，车载信号发射端3生成第一频率的交流磁场，以发送第一频率的电磁信号；如果车载信号发射端3和地面信号接收端4距离适当，就能够在该交流磁场中耦合，地面信号接收端4能够感应到该电磁信号，相当于地面功率发射端2的开启信号。

可以理解的是，这里的车载电源由电动汽车提供，通常电源为dc24v或dc12v，dc-ac电路的具体参数根据车载电源的电压和确定的第一频率确定。

其中，如果预设频率比太小，第一频率的电磁信号容易受到第二频率的的谐波信号的干扰影响；如果预设频率比太大，实现第一频率的功率器件选型要求较高，成本不经济；因此，考虑降低谐波干扰和控制成本两方面因素，预设频率比的选择范围一般在[7,15]的范围内，例如选择地面功率发射端2的第二频率为40khz时，可选择第一频率为400khz。

可见，本发明中以第一频率的电磁信号作为通讯信号，当地面信号接收端感应到电磁信号则开启地面功率发射端进行功率传输；不同于现有技术无线通信的复杂电路和对各种通信内容的兼容性，本发明的电磁信号实际上是第一频率的交流磁场中车载信号发射端与地面信号接收端之间的电磁耦合，配合电路简单，只向地面信号接收端传递车载信号发射端在或不在两种状态，功能单一且高效稳定，受外界干扰的可能性极小。

本发明实施例公开了一种具体的无线充电方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。

具体的，两个所述地面信号接收端，相隔预设距离分布于车辆行进方向上，以使两个所述地面信号接收端不能同时感应到所述电磁信号；

一般为了准确起见，设置第一频率的时候要求信号辐射范围较小，也就是说地面信号接收端4只有在正对车载信号发射端3时才能感受到电磁信号；但是考虑车辆的运行轨迹误差，一般允许存在±10％以内的偏移率。

参见图4所示，本实施例中的动作流程包括：

s21：利用车载信号发射端生成交流磁场，以发送第一频率的电磁信号；

s22：当第一次两个所述地面信号接收端中任一感应到所述电磁信号，控制所述地面功率发射端以所述第二频率向所述车载功率接收端无线传输功率；

s23：当第二次两个所述地面信号接收端中任一感应到所述电磁信号，停止所述地面功率发射端向所述车载功率接收端无线传输功率。

可以发现的是，不管是车辆始终同一方向行进，还是走一半倒回去，电磁信号均是出现——消失——再出现——再消失，可监测两个地面信号接收端4的状态，设置地面功率发射端无线传输功率的逻辑：第一次电磁信号出现时开始传输功率，第二次电磁信号出现时停止传输功率。

基于两个地面信号接收端，可以实现车辆双向行进及倒车行进方向的动态充电，解决了传统的车辆只能依照车头方向实现的双向充电，且按照逻辑设计实现倒车动态及静态充电、前进停止充电等。

进一步的，两个所述车载功率接收端分别位于车头和车尾；

所以所述控制所述地面功率发射端以所述第二频率向所述车载功率接收端无线传输功率的过程，具体还包括：

分别控制两个所述车载功率接收端向车载电池连续输送电能。

可以理解的是，两个车载功率接收端的安排，增加了车载功率接收端和地面功率发射端的相对辐射面积，相对延长了车辆受电时间，再通过ac-dc转换单元对每个车载功率接收端进行控制，以尽可能保证车载电池输入功率的连续性，避免车辆可能出现小范围动态设备不连续的情况下的功率波动，延长各设备的使用寿命。

可见，本实施例中的无线充电方法可靠性更高，避免了地面功率发射端的能量浪费，能量的使用效率提高。

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”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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“包括一个……”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。

以上对本发明所提供的一种无线系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。