专利名称：一种车载无线充电装置的制作方法
技术领域：
本发明属于汽车无线充电技术领域，更具体涉及一种车载无线充电装置，特别适 用于汽车内的无线充电和通讯系统。
背景技术：
人们可能携带不同的个人电子设备(如PDA，MP3，MP4，笔记本电脑或手机)，这些 便携式的电子设备有着不同的功能，比如通讯，信息储存，信息检索以及娱乐。因为这些设 备都是便携式的，它们经常会被放置在车里或在车里使用。由于此类设备基本上是电池供 电，因此经常会出现没电的情况。现在已经有用于这些设备的车载充电装置，但是每个设备通常都有自己特有的充 电器。然而这些充电器经常使得车内变得杂乱不堪，因为它们通常需要通过点烟器插在12 伏直流电源上，并且不能同时给多个设备充电。因此此类传统的充电器当有多个设备需要 在车内充电时就变得很不实用了。现有的技术现阶段虽然已近存在手机无线充电装置，但 仍为发现在汽车内部的无线充电装置。并且某款手机的无线充电装置，也只是针对该款手 机，并不具备普遍性。因此，在汽车内部一个既能为各种便携式设备提供数据接口，又能为这些设备提 供充电的装置是迫切需要的。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种车载无线充电装置(处于汽车内部的无线充电 装置)，结构简单，充电方便，成本低廉，实现简单、安全、可靠。通过车内直流电源给该装置 提供电能，从而通过该装置中的初级线圈与移动设备耦合连接，充电效果非常好，而且充电 功率和电压可调，适应各种不同的移动通信设备。为了实现上述的目的，本发明采用的技术措施是处于汽车内部的无线充电装置，它包括第一汽车数据总线、第二汽车数据总线、 网关控制器、格子架(即充电区域)、初级线圈、无线供电系统、收发器、通讯接口、控制器、 功率调节器、逆变器、储能电路、电路传感器、存储器、驱动电路。其连接关系是车载无线充 电装置中的初级线圈分别与无线供电系统、移动设备耦合连接；同时车载无线充电装置中 的通讯接口分别与第二汽车数据总线、通讯控制器连接，通讯接口与一个或多个移动设备 耦合连接；该车载无线充电装置中的控制器分别与通讯控制器、存储器、功率调节器相连， 同时该控制器还分别与驱动电路、收发器、电路传感器、储能电路中的可变电感线圈以及可 变电容器耦合连接；另外该装置中的逆变器分别与储能电路、功率调节器连接，功率调节器 和外部直流电源连接。所述的车载无线充电装置7包括一个格子架，初级线圈放置在格子架的边缘上， 初级线圈与无线供电系统连接，无线供电系统分别与直流电源、第二汽车数据总线相连。所述的移动设备与控制器、收发器耦合连接，无线供电系统分别与控制器、功率调节器相连。所述的通讯接口分别与收发器、第二汽车数据总线相连，控制器分别与第二汽车 数据总线、功率调节器相连，功率调节器分别与直流电源、无线供电系统、控制器相连。放置在车载无线充电装置里的移动设备会因为自身的重量一直保持在该区域里。 该车载无线充电装置的边缘是一个初级线圈。这个初级线圈和一个无线供电系统连接，该 无线供电系统通过直流电源供电。同时无线供电系统也和第二汽车数据总线连接。因此当 任意一种便携式电子设备被放置在格子架里时，该设备可以被车载无线充电装置充电，也 可以和第二汽车数据总线通讯。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果本发明的优点该套装置以及使用的连接方法可行性强，性能稳定，成本低，安全 系数高，并能通过巧妙的设计有效的避免了在紧急却又没有交流电源的情况下，一些应急 移动设备突然没有电的情况。并且可以针对不同型号、不同类型的移动设备进行无线充电， 从而从根本上保证了移动设备在汽车内的供电，结构简单，可行性高，成本低，有很大的商 业实用价值。根据该无线充电装置，特此找来一款手机，其电池型号为JCL-5585A，电池容量为 1750mAh，标称电压为3. 7V，充电限制电压为4. 2V的电池进行充电实验，其充电曲线见图7。 图7为锂电池在充电过程中电流电压随时间变化的曲线图。该曲线中不同阶段的部分实验数据如图7所示
图1为一种汽车内部的两个并口数据网络示意2为一种车载无线充电装置应用在汽车内部的操作平台上示意3为一种车载无线充电装置的剖视4为一种车载无线充电装置应用在车内后门的扶手内示意5为一种车载无线充电装置的控制图解示意6为一种车载无线充电装置与多个移动设备同时充电的详细图解示意图
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图7为一种锂电池充电曲线图其中1_第一汽车数据总线 2-第二汽车数据总线 3-掌上电脑 4-手机 5-MP3 6-网关控制器(Altera FPGA EP3C40) 7-车载无线充电装置 8-汽车内部的 操作平台 9-格子架 10-初级线圈 11-直流电源(MD70-2412) 12-无线供电系统 13-车内后门的扶手14-扶手槽15-移动设备(手机、MP3、掌上电脑或掌上游戏机等， 放置在无线充电装置中即可，这些移动设备会与该装置耦合连接)16-收发器(DM9161AEP) 17-通讯接口 18-控制器(S9C2410) 19-功率调节器(LMl 117-3. 3) 20-第一移动设 备(手机、MP3、掌上电脑或掌上游戏机等，放置在无线充电装置中即可，这些移动设备会与 该装置耦合连接)21-第二移动设备(手机、MP3、掌上电脑或掌上游戏机等，放置在无线 充电装置中即可，这些移动设备会与该装置耦合连接)22-第三移动设备(手机、MP3、 掌上电脑或掌上游戏机等，放置在无线充电装置中即可，这些移动设备会与该装置耦合连 接)23-逆变器(DC-AC-DC) 24-储能电路(主要包括一个普通可变电容(即法拉电 容)、一个普通可变电感和一个初级线圈；其作用是当直流电源短时间停止供电时，可提供 1-2 分钟的电能)25-电路传感器(AD7705) 26-存储器(SDRAM :M7482C4M32B2TG ；NAND K9F1208) 27-驱动电路(主要包括隔离光耦6附37和桥驱动芯片IK2110 ；其作用为调 节逆变器，)28-可变电感线圈29-可变电容器30-通讯控制器(SIM300)。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述一种车载无线充电装置，它包括第一汽车数据总线1、第二汽车数据总线2、网关 控制器6、格子架9(即充电区域)、初级线圈10、无线供电系统12、收发器16、通讯接口 17、控制器18、功率调节器19、逆变器23、储能电路24、电路传感器25、存储器26、驱动电路 27。其连接关系是车载无线充电装置7中的初级线圈10分别与无线供电系统12、移动设 备15耦合连接；初级线圈10分别与第一移动设备20、第二移动设备21、第三移动设备22 耦合连接，同时车载无线充电装置7中的通讯接口 17分别与第二汽车数据总线2、通讯控制 器30连接，通讯接口 17分别与第一移动设备20、第二移动设备21、第三移动设备22耦合 连接；该车载无线充电装置7中的控制器18分别与通讯控制器17、存储器26、功率调节器 19相连，同时该控制器18还分别与驱动电路27、收发器16、电路传感器25、储能电路27中 的可变电感线圈28以及可变电容器29耦合连接；另外该装置中的逆变器23分别与储能电 路24、功率调节器19连接，功率调节器19和外部直流电源11连接。根据图1可知，它由第一汽车数据总线1、第二汽车数据总线2、掌上电脑3、手机 4、ΜΡ35、网关控制器6组成，在汽车的内部有两个并口数据网络。第一网络是第一汽车数据 总线1。第一汽车数据总线1是一种汽车网络控制器。汽车总线是一种保持汽车内部各种 控制器之间通讯的低速数据总线。第二网络是第二汽车数据总线2。第二汽车数据总线2 保持车内一个或多个移动设备之间的通讯。第二汽车数据总线2分别与和掌上电脑3、手 机4、ΜΡ35或移动娱乐设备连接。网关控制器(6)管理着第一汽车数据总线1和第二汽车 数据总线2之间的通讯。这些数据可以是加密的声音和图像信息。根据图2可知，一种车载无线充电装置7安装在汽车内部的操作平台8上。手机 4和ΜΡ35放置在车载无线充电装置7上进行充电，同时，手机4、ΜΡ35等移动设备还可以接入到第二汽车数据总线2，保持两者之间的通讯。根据图3可知，它由车载无线充电装置7、格子架9、初级线圈10、直流电源11、无 线供电系统12、第二汽车数据总线2组成，其连接关系是该车载无线充电装置7包括一个 格子架9，放置在格子架9里的移动设备会因为自身的重量一直保持在该区域里。初级线 圈10放置在格子架9的边缘上，这个初级线圈10与无线供电系统12连接，同时该无线供 电系统12还分别与直流电源11、第二汽车数据总线2相连，该无线供电系统12通过直流电 源11供电。因此当任意一种便携式电子设备被放置在格子架9里时，该设备可以被车载无 线充电装置7充电，也可以和第二汽车数据总线2通讯。根据图4可知，它由车载无线充电装置7、扶手13、扶手槽14组成，车载无线充电 装置7放置在车内后门的扶手13内，初级线圈10放在车内后门的扶手13边缘内。移动设 备装在扶手槽14内。被放置在扶手槽14里的移动设备可以被车载无线充电装置7充电， 以及和第二汽车数据总线2通讯。很多在初级线圈10附近的地方都可以用来放置移动设备。根据图5可知，图5是一个基本的车载无线充电装置(7)的控制图解。它由第二 汽车数据总线2、初级线圈10、直流电源11、无线供电系统12、移动设备15、收发器16、通讯 接口 17、控制器18、功率调节器19组成，其连接关系是初级线圈10分别与移动设备15、无 线供电系统12耦合相连，移动设备15与控制器18相连，同时移动设备15与收发器16耦 合连接、无线供电系统12分别与控制器18、功率调节器19相连，通讯接口 17分别与收发器 16、第二汽车数据总线2相连，控制器18分别与第二汽车数据总线2、功率调节器19相连， 功率调节器19分别与直流电源11、无线供电系统12、控制器18相连。移动设备15与无线 供电系统12通过格子架9里初级线圈10产生电感耦合连接，此时移动设备15被无线供电 系统12充电。同时，该移动设备15和收发器16耦合连接。收发器16可以直接和移动设 备15通讯。通讯接口 17通过收发器16负责移动设备15和第二汽车数据总线2之间的通 讯。比如通讯接口 17可以分配IP地址给移动设备15或者是第二汽车数据总线2要求的 其他的一些协议。通讯接口 17可以控制、建立或者监控第二汽车数据总线2和移动设备15 或不同协议和通讯层之间的传输速率。控制器18是可选的。如果有的话，它可以控制移动 设备15和第二汽车数据总线2之间的通讯。控制器18也可以通过无线供电系统12控制 给移动设备15的供电功率。同时控制器18还能控制功率调节器19，功率调节器19可以调 节从直流电源11接受到的电能，提供给无线供电系统12，无线供电系统12既可以是数字 的，也可以是模拟的。根据图6可知，图6是车载无线充电装置7与多个移动设备同时充电的详细图解。 它包括车载无线充电装置7、第一移动设备20、第二移动设备21、第三移动设备22、第二汽 车数据总线2、直流电源11。其中车载无线充电装置7它由初级线圈10、收发器16、通讯接 口 17、控制器18、功率调节器19、逆变器23、储能电路24、电路传感器25、存储器26、驱动电 路27、通讯控制器30组成，其连接关系是车载无线充电装置7中的初级线圈10分别与第 一移动设备20、第二移动设备21、第三移动设备22耦合连接，车载无线充电装置7中的通 讯接口 17分别与第一移动设备20、第二移动设备21、第三移动设备22耦合连接，通讯接口 17分别与第二汽车数据总线2、通讯控制器30连接，控制器18分别与通讯控制器30、存储 器26、功率调节器19相连，同时控制器18还与驱动电路27、收发器16、电路传感器25、储能电路24中的可变电感线圈28、储能电路24中的可变电容器29耦合连接，逆变器23分别 与储能电路24、功率调节器19连接，功率调节器19和外部直流电源11连接。直流电源11 给车载无线充电装置7提供电能。直流电源11由汽车提供，通常为12伏左右。功率调节 器19控制直流电源11提供的通往逆变器23的电压和电流。逆变器23把直流电转化成交 流电。实际上逆变器23扮演的是给储能电路24供电的交流电源的角色。储能电路24是 一个共振电路，它通过初级线圈10和第一移动设备20、第二移动设备21、第三移动设备22 的次级线圈电感耦合。初级线圈10和第一移动设备20、第二移动设备21、第三移动设备22 的次级线圈都属于无心线圈。初级线圈10在车载无线充电装置7的边缘上。电路传感器 25和储能电路24的输出端耦合连接，并同时和控制器18耦合连接。电路传感器25提供关 于逆变器23和储能电路24的相关参数。比如，电路传感器25可以是一个电流传感器，提 供关于储能电路24电流的相位，频率以及振幅的信息。控制器18可以是市场上存在的大 多数不同的微处理器，例如换个型号，如ATmegal6L，或其他的一些微处理器。控制器18在 芯片上有一个ROM和RAM，有一系列的模拟和数字输出端来控制车载无线充电装置7的各种 功能。控制器18的各项功能可以由微处理器和记忆芯片来完成。控制器18和存储器26 连接，也和驱动电路27耦合连接。驱动电路27起调节逆变器23的作用，比如逆变器23的 时间和频率。控制器18也和功率调节器19耦合连接，它可以控制功率调节器19的输出电 压。众所周知，通过改变功率调节器19的主电压，可以改变逆变器23的输出振幅。最后， 控制器18和储能电路24中的可变电感线圈28以及可变电容器29耦合连接。控制器18 可以修改可变电感线圈28的电感值和可变电容器29的电容值。通过修改这些参数来改变 储能电路24的共振频率。储能电路24有第一共振频率和第二共振频率。它也可以有多个 共振频率。在此处共振频率指的是一系列可以使储能电路24产生共振的频率。众所周知， 一个储能电路有一个共振频率，但在共振频率的周围的范围内也可能有其他使它产生共振 的频率。储能电路24至少有一个可变的阻抗元素。改变可变阻抗，可以改变储能电路的共 振频率。可变阻抗元素可以是可变电感28或可变电容29或两者都是。可变电感器28可 以是一个可控变量电感，一个压缩可变电感，并行层压核心变量电感，串行电感以及放置到 储能电路24上的固定电感选择开关，或是其他一些可控可变电感。可变电容器29可以是 开关电容阵列，串行电容以及放置到储能电路24上的固定电容选择开关，或是其他可控可 变电容。储能电路24包括初级线圈10。初级线圈10和可变电感器28是分开的。但有时 候两者也可以结合成一个单独的组件。储能电路24是一个串行谐振电路，当然也可以是一 个并行谐振电路。电源收发器16也是耦合连接在控制器上的。它可以是一个简单信息收 发器16，而没必要是一个双通道通讯的设备。电源收发器16和不同的第一移动设备20、第 二移动设备21、第三移动设备22通信。显然更多的设备可以用于此系统。车载无线充电装 置7也有连接第二汽车数据总线2的通讯接口 17。通讯接口 17管理第二汽车数据总线2 和第一移动设备20、第二移动设备21、第三移动设备22之间的通讯。通讯接口 17也承担 了转换通讯协议和非第一移动设备20、第二移动设备21、第三移动设备22分配网络地址的 任务。车载无线充电装置7有一个通讯控制器30。通讯控制器30负责数据通过通讯接口 17。通讯控制器30也负责编码转换，协议转换，缓冲，数据压缩，错误检索，同步和通道选择 以及收集管理信息的任务。通讯控制器30建立第一移动设备20、第二移动设备21、第三移 动设备22和第二汽车数据总线2或其他与第二汽车数据总线2耦合连接的设备之间的通信会话。通讯控制器30也可以是一个字体高端通信处理器。在控制器18的能力范围内， 通讯管理器30也可以是一个运行在控制器18上的软件模块。 根据图7可知，图7是该车载无线充电装置对型号为JCL-5585A的锂电池充电曲 线图。通过对该电池连续充电30分钟，其实验结果显示已充电量达到满额电量的78%，并 且不存在像现有充电器接口与插头的频繁插拔而导致的接触不良、氧化、断线等充电器的 常见故障，使充电效果更为可靠。因此，无论是手机、mp3或其他移动设备，都能达到安全、 高效的充电效果。
权利要求
一种车载无线充电装置，它包括第二汽车数据总线(2)、初级线圈(10)、无线供电系统(12)、收发器(16)、通讯接口(17)、(控制器18)、储能电路(24)、电路传感器(25)、存储器(26)、驱动电路(27)，其特征在于车载无线充电装置(7)中的初级线圈(10)分别与无线供电系统(12)、移动设备(15)耦合连接；初级线圈(10)分别与第一移动设备(20)、第二移动设备(21)、第三移动设备(22)耦合连接，车载无线充电装置(7)中的通讯接口(17)分别与第二汽车数据总线(2)、通讯控制器(30)连接，通讯接口(17)分别与第一移动设备(20)、第二移动设备(21)、第三移动设备(22)耦合连接；车载无线充电装置(7)中的控制器(18)分别与通讯控制器(17)、存储器(26)、功率调节器(19)相连，控制器(18)分别与与驱动电路(27)、收发器(16)、电路传感器(25)、储能电路(27)中的可变电感线圈(28)及可变电容器(29)耦合连接；装置中的逆变器(23)分别与储能电路(24)、功率调节器(19)连接，功率调节器(19)和外部直流电源(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种车载无线充电装置，其特征在于所述的车载无线充电 装置(7)包括一个格子架(9)，初级线圈(10)放置在格子架(9)的边缘上，初级线圈(10) 与无线供电系统(12)连接，无线供电系统(12)分别与直流电源(11)、第二汽车数据总线 ⑵相连。
3.根据权利要求1所述的一种车载无线充电装置，其特征在于所述的移动设备(15) 与控制器(18)相连，移动设备(15)与收发器(16)耦合连接、无线供电系统(12)分别与控 制器(18)、功率调节器(19)相连。
4.根据权利要求1所述的一种车载无线充电装置，其特征在于所述的通讯接口(17) 分别与收发器(16)、第二汽车数据总线(2)相连，控制器(18)分别与第二汽车数据总线 (2)、功率调节器(19)相连，功率调节器(19)分别与直流电源(11)、无线供电系统(12)、控 制器(18)相连。
5.根据权利要求1所述的一种车载无线充电装置，其特征在于所述的第二汽车数据 总线(2)分别与和掌上电脑(3)、手机(4)、MP3(5)连接。
6.根据权利要求1所述的一种车载无线充电装置，其特征在于所述的车载无线充电 装置⑵安装在汽车内部的操作平台⑶上和后车门扶手内(13)。
全文摘要
本发明公开了一种车载无线充电装置，车载无线充电装置中的初级线圈分别与无线供电系统、移动设备耦合连接；同时车载无线充电装置中的通讯接口分别与第二汽车数据总线、通讯控制器连接，通讯接口分别与移动设备耦合连接；该车载无线充电装置中的控制器分别与通讯控制器、存储器、功率调节器相连，同时该控制器还分别与驱动电路、收发器、电路传感器、储能电路中的可变电感线圈以及可变电容器耦合连接；另外该装置中的逆变器分别与储能电路、功率调节器连接，功率调节器和外部直流电源连接。结构简单，充电方便，成本低廉，实现简单、安全、可靠。充电效果好，充电功率和电压可调，适应各种不同的移动通信设备。
文档编号H02J17/00GK101902062SQ20101025108
公开日2010年12月1日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者张东华, 梁曦, 贺智轶 申请人:武汉中原电子集团有限公司