能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?br> 【專利摘要】能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?，屬于無線傳輸領域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有無線傳輸技術(shù)無法在實現(xiàn)能量雙向傳輸?shù)耐瑫r實現(xiàn)信息雙向傳輸?shù)膯栴}。本發(fā)明基于無線傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)，該無線傳輸系統(tǒng)包括網(wǎng)側(cè)無線能量裝置和負載側(cè)無線能量裝置，網(wǎng)側(cè)無線能量裝置的電信號輸入端與電網(wǎng)的電信號輸出端耦合連接，網(wǎng)側(cè)無線能量裝置與負載側(cè)無線能量裝置通過磁耦合方式無線連接，負載側(cè)無線能量裝置連接負載；所述網(wǎng)側(cè)無線能量裝置包括第一DC/DC變換電路、第一變換器、第一諧振電路、第一控制器和第一傳感器；負載側(cè)無線能量裝置包括第二DC/DC變換電路、第二變換器、第二諧振電路、第二控制器和第二傳感器。本發(fā)明用于無線傳輸中。
【專利說明】能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?br> 【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒ǎ瑢儆跓o線傳輸領域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著自然資源的消耗和技術(shù)的發(fā)展，電動汽車的使用在將來必將成為一種趨勢。V2G(Vehicle-to-grid)描述的是這樣一個系統(tǒng):當混合電動車或是純電動車在不運行的時候，通過聯(lián)接到電網(wǎng)的電動馬達將能量傳輸給電網(wǎng)，反過來，當電動車的電池需要充電時，電流可以從電網(wǎng)中提取出來給到電池。然而，傳統(tǒng)的V2G的實現(xiàn)采用插拔式充放電來實現(xiàn)，存在不安全、易老化、不便捷等問題。因此，無線能量傳輸在電動汽車電池充電領域的應用極大地提高了智能化水平。隨著無線能量傳輸技術(shù)的發(fā)展，為進一步提高自動化水平，如何在負載與電源之間實現(xiàn)能量的雙向無線傳輸?shù)耐瑫r實現(xiàn)信號的雙向無線傳輸技術(shù)是一個亟待解決的問題。因此，有必要提供一種改進的系統(tǒng)和方法來解決上述技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有無線傳輸技術(shù)無法在實現(xiàn)能量雙向傳輸?shù)耐瑫r實現(xiàn)信息雙向傳輸?shù)膯栴}，提供了 一種能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒ā?br> [0004]本發(fā)明所述能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?，該方法基于無線傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)，該無線傳輸系統(tǒng)包括網(wǎng)側(cè)無線能量裝置和負載側(cè)無線能量裝置，網(wǎng)側(cè)無線能量裝置的電信號輸入端與電網(wǎng)的電信號輸出端耦合連接，網(wǎng)側(cè)無線能量裝置與負載側(cè)無線能量裝置通過磁耦合方式無線連接，負載側(cè)無線能量裝置連接負載；
[0005]所述網(wǎng)側(cè)無線能量裝置包括第一 DC/DC變換電路、第一變換器、第一諧振電路、第一控制器和第一傳感器；負載側(cè)無線能量裝置包括第二 DC/DC變換電路、第二變換器、第二諧振電路、第二控制器和第二傳感器；
[0006]無線傳輸方法的具體過程為:當電網(wǎng)接收電能時，第一控制器將識別碼開關信號輸出至第一 DC/DC變換電路，第一控制器同時將恒頻開關信號輸出至第一變換器，第一諧振電路將第一 DC/DC變換電路接收的識別碼開關信號與電網(wǎng)提供的電能相疊加，并轉(zhuǎn)換成能在空氣介質(zhì)中傳輸?shù)拇拍芰浚瑫r將磁能量通過無線傳輸至負載側(cè)無線能量裝置；負載側(cè)無線能量裝置中的第二諧振電路將無線接收的磁能量轉(zhuǎn)換成交流電信號，第二變換器接收此交流電信號并將其整流成直流電信號，第二傳感器檢測該直流電信號的電壓信號，然后將該電壓信號傳輸至第二控制器，第二控制器將接收的電壓信號進行解調(diào)獲取識別碼開關信號，第二控制器根據(jù)該識別碼開關信號識別電網(wǎng)的充電需求以提供相應的電能給電網(wǎng)；
[0007]當負載接收電能時，第二控制器將識別碼開關信號輸出至第二 DC/DC變換電路，第二控制器同時將恒頻開關信號輸出至第二變換器，第二諧振電路將第二 DC/DC變換電路接收的識別碼開關信號與負載提供的電能相疊加，并轉(zhuǎn)換成能在空氣介質(zhì)中傳輸?shù)拇拍芰?，同時將磁能量通過無線傳輸至網(wǎng)側(cè)無線能量裝置；網(wǎng)側(cè)無線能量裝置中的第一諧振電路將無線接收的磁能量轉(zhuǎn)換成交流電信號，第一變換器接收此交流電信號并將其整流成直流電信號，第一傳感器檢測該直流電信號的電壓信號，然后將該電壓信號傳輸至第一控制器，第一控制器將接收的電壓信號進行解調(diào)獲取識別碼開關信號，第一控制器根據(jù)該識別碼開關信號識別負載的充電需求以提供相應的電能給負載。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明提供的能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒ㄅc傳統(tǒng)的無線能量傳輸方法相比，采用將信號作為開關信號以疊加于傳輸?shù)碾娔苤羞M行信號傳輸，實現(xiàn)了負載與電源之間能量及信息的雙向無線傳輸，進一步提高了自動化水平，通過向電網(wǎng)回饋能量解決了用電高峰期對電量匱乏的問題，并且避免了電量回饋至電網(wǎng)，避免了能源的浪費。
[0009]與傳統(tǒng)的V2G電動汽車電能回饋方式相比，傳統(tǒng)電能回饋方式采用導線式分時回饋，通信方式一般采用線上CAN通信，從而實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)之間的雙向通信；而本發(fā)明在無線能量雙向傳輸?shù)幕A上，利用電磁波載波方式實現(xiàn)半雙工通信，從而解決了利用無線通信模塊而引起的通信不可靠、成本高等諸多問題。目前，電動汽車充電等級可分為三個，第一等級3.6KW，第二等級19.2kW，第三等級60kW-200kW。本發(fā)明的無線傳輸系統(tǒng)工作頻率為10kHz-150kHz，其中通信頻率可達75kHz，在實現(xiàn)能量傳輸?shù)耐瑫r，可完成信息通信，從而進行系統(tǒng)充電參數(shù)的識別，進而能夠?qū)崿F(xiàn)充電的智能控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明所述能量和信息雙向無線傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0011]圖2是本發(fā)明所述能量和信息雙向無線傳輸系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是負載接收電能時對負載類型進行識別的開關及電壓波形圖。
【具體實施方式】
[0013]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?，它包括網(wǎng)側(cè)無線能量裝置I和負載側(cè)無線能量裝置2，網(wǎng)側(cè)無線能量裝置I的電信號輸入端與電網(wǎng)的電信號輸出端耦合連接，網(wǎng)側(cè)無線能量裝置I與負載側(cè)無線能量裝置2通過磁耦合方式無線連接，負載側(cè)無線能量裝置2連接負載；
[0014]所述網(wǎng)側(cè)無線能量裝置I包括第一 DC/DC變換電路1-1、第一變換器1_2、第一諧振電路1-3、第一控制器1-4和第一傳感器1-5 ;負載側(cè)無線能量裝置2包括第二 DC/DC變換電路2-1、第二變換器2-2、第二諧振電路2-3、第二控制器2-4和第二傳感器2_5 ；
[0015]無線傳輸方法的具體過程為:當電網(wǎng)接收電能時，第一控制器1-4將識別碼開關信號輸出至第一DC/DC變換電路1-1，第一控制器1-4同時將恒頻開關信號輸出至第一變換器1-2，第一諧振電路1-3將第一 DC/DC變換電路1-1接收的識別碼開關信號與電網(wǎng)提供的電能相疊加，并轉(zhuǎn)換成能在空氣介質(zhì)中傳輸?shù)拇拍芰?，同時將磁能量通過無線傳輸至負載側(cè)無線能量裝置2 ;負載側(cè)無線能量裝置2中的第二諧振電路2-3將無線接收的磁能量轉(zhuǎn)換成交流電信號，第二變換器2-2接收此交流電信號并將其整流成直流電信號，第二傳感器2-5檢測該直流電信號的電壓信號，然后將該電壓信號傳輸至第二控制器2-4，第二控制器2-4將接收的電壓信號進行解調(diào)獲取識別碼開關信號，第二控制器2-4根據(jù)該識別碼開關信號識別電網(wǎng)的充電需求以提供相應的電能給電網(wǎng)；
[0016]當負載接收電能時，第二控制器2-4將識別碼開關信號輸出至第二 DC/DC變換電路2-1，第二控制器2-4同時將恒頻開關信號輸出至第二變換器2-2，第二諧振電路2-3將第二 DC/DC變換電路2-1接收的識別碼開關信號與負載提供的電能相疊加，并轉(zhuǎn)換成能在空氣介質(zhì)中傳輸?shù)拇拍芰?，同時將磁能量通過無線傳輸至網(wǎng)側(cè)無線能量裝置I ;網(wǎng)側(cè)無線能量裝置I中的第一諧振電路1-3將無線接收的磁能量轉(zhuǎn)換成交流電信號，第一變換器1-2接收此交流電信號并將其整流成直流電信號，第一傳感器1-5檢測該直流電信號的電壓信號，然后將該電壓信號傳輸至第一控制器1-4，第一控制器1-4將接收的電壓信號進行解調(diào)獲取識別碼開關信號，第一控制器1-4根據(jù)該識別碼開關信號識別負載的充電需求以提供相應的電能給負載。
[0017]本實施方式中，電網(wǎng)包括50Hz、220V交流電和將該交流電整流為直流電的整流電路。
[0018]【具體實施方式】二:下面結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述第一 DC/DC變換電路1-1和第二 DC/DC變換電路2-1結(jié)構(gòu)相同，均為降壓變換電路，該降壓變換電路中設置一降壓開關，第一 DC/DC變換電路1-1和第二 DC/DC變換電路2-1接收的識別碼開關信號均輸入至降壓開關。
[0019]本實施方式中，所述降壓變換電路均為Buck降壓電路。第一 DC/DC變換電路1_1和第二 DC/DC變換電路2-1還可以為Boost升壓電路或Buck-Boost升降壓電路。
[0020]【具體實施方式】三:本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述網(wǎng)側(cè)無線能量裝置I和負載側(cè)無線能量裝置2中的識別碼開關信號的頻率均小于恒頻開關信號的頻率。
[0021]【具體實施方式】四:本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述識別碼開關信號包括一位校驗碼和多位識別碼，該校驗碼包括開通信號，每一位識別碼均包括開通信號和關斷信號。
[0022]【具體實施方式】五:本實施方式對實施方式四作進一步說明，當電網(wǎng)接收電能時，第一控制器1-4分別將識別碼開關信號和恒頻開關信號輸出至第一 DC/DC變換電路1-1和第一變換器1-2中，當該識別碼為開通信號時，第一變換器1-2輸出的逆變電壓為第一電平，當該識別碼為關斷信號時，第一變換器1-2輸出的逆變電壓為第二電平；當識別碼開關信號為邏輯“I”時，第一電平和第二電平表示高電平，當識別碼開關信號為邏輯“O”時，第一電平和第二電平表不低電平。
[0023]【具體實施方式】六:本實施方式對實施方式四作進一步說明，當負載接收電能時，第二控制器2-4分別將識別碼開關信號和恒頻開關信號輸出至第二 DC/DC變換電路2-1和第二變換器2-2中，當該識別碼為開通信號時，第二變換器2-2輸出的逆變電壓為第一電平，當該識別碼為關斷信號時，第二變換器2-2輸出的逆變電壓為第二電平；當識別碼開關信號為邏輯“I”時，第一電平和第二電平表示高電平，當識別碼開關信號為邏輯“O”時，第一電平和第二電平表不低電平。
[0024]【具體實施方式】七:本實施方式對實施方式一作進一步說明，第一變換器1-2和第二變換器2-2結(jié)構(gòu)相同，均為H橋電路，第一變換器1-2和第二變換器2-2均用于實現(xiàn)AC/DC整流功能和DC/AC逆變功能。
[0025]【具體實施方式】八:本實施方式對實施方式一作進一步說明，第一諧振電路1-3和第二諧振電路2-3均由電容和電感組成。
[0026]下面結(jié)合圖3說明本發(fā)明的工作原理:[0027]結(jié)合圖3對本發(fā)明中負載接收電能時的開關和電壓波形進行說明。在tO到tl時間段內(nèi)，對應于該識別碼開關信號的校驗碼，在本發(fā)明中，該校驗位為邏輯0(該校驗位也可以為邏輯I)。第二變換器2-2對應的逆變電壓對應為第一電平(高電平)。tl到t5時間段內(nèi)，對應于識別碼開關信號的識別碼，每一位識別碼包括開通信號(邏輯I)和關斷信號(邏輯O)。當識別碼為邏輯I時，第二變換器2-2對應的逆變電壓對應為第一電平(高電平)。當識別碼為邏輯O時，第二變換器2-2對應的逆變電壓對應為第二電平(低電平)。該識別碼包括n(n> I)位邏輯信號。在本發(fā)明中，該識別碼包括8位邏輯信號。采用電壓傳感器對第一變換器1-2整流得到的直流電進行檢測可得到如圖所示的第一變換器1-2整流電壓信號波形。第一控制器1-4在接收到電壓信號后將其進行解調(diào)以得到解調(diào)后的識別碼開關信號波形。不同的識別碼開關信號對應不同種類的電動汽車電池負載，根據(jù)不同種類的電池負載，電網(wǎng)提供不同頻率和功率電流、電壓的電能給負載。
[0028]當電網(wǎng)接收電能時，對電網(wǎng)充電需求進行識別過程與負載需要接收電能時對負載類型識別方法類似。
【權(quán)利要求】
1.能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?，該方法基于無線傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)，該無線傳輸系統(tǒng)包括網(wǎng)側(cè)無線能量裝置(I)和負載側(cè)無線能量裝置(2)，網(wǎng)側(cè)無線能量裝置(I)的電信號輸入端與電網(wǎng)的電信號輸出端耦合連接，網(wǎng)側(cè)無線能量裝置(I)與負載側(cè)無線能量裝置(2)通過磁耦合方式無線連接，負載側(cè)無線能量裝置(2)連接負載； 其特征在于:所述網(wǎng)側(cè)無線能量裝置(I)包括第一 DC/DC變換電路(1-1)、第一變換器(1-2)、第一諧振電路(1-3)、第一控制器(1-4)和第一傳感器(1-5);負載側(cè)無線能量裝置(2)包括第二 DC/DC變換電路(2-1)、第二變換器(2-2)、第二諧振電路(2-3)、第二控制器(2-4)和第二傳感器(2-5)； 無線傳輸方法的具體過程為:當電網(wǎng)接收電能時，第一控制器(1-4)將識別碼開關信號輸出至第一DC/DC變換電路(1-1)，第一控制器(1-4)同時將恒頻開關信號輸出至第一變換器(1-2)，第一諧振電路(1-3)將第一DC/DC變換電路(1-1)接收的識別碼開關信號與電網(wǎng)提供的電能相疊加，并轉(zhuǎn)換成能在空氣介質(zhì)中傳輸?shù)拇拍芰浚瑫r將磁能量通過無線傳輸至負載側(cè)無線能量裝置(2);負載側(cè)無線能量裝置(2)中的第二諧振電路(2-3)將無線接收的磁能量轉(zhuǎn)換成交流電信號，第二變換器(2-2)接收此交流電信號并將其整流成直流電信號，第二傳感器(2-5)檢測該直流電信號的電壓信號，然后將該電壓信號傳輸至第二控制器(2-4)，第二控制器(2-4)將接收的電壓信號進行解調(diào)獲取識別碼開關信號，第二控制器(2-4)根據(jù)該識別碼開關信號識別電網(wǎng)的充電需求以提供相應的電能給電網(wǎng)； 當負載接收電能時，第二控制器(2-4)將識別碼開關信號輸出至第二 DC/DC變換電路(2-1)，第二控制器(2-4)同時將恒頻開關信號輸出至第二變換器(2-2)，第二諧振電路(2-3)將第二DC/DC變換電路(2-1)接收的識別碼開關信號與負載提供的電能相疊加，并轉(zhuǎn)換成能在空氣介質(zhì)中傳輸?shù)拇拍芰?，同時將磁能量通過無線傳輸至網(wǎng)側(cè)無線能量裝置(I);網(wǎng)側(cè)無線能量裝置(I)中 流電信號并將其整流成直流電信號，第一傳感器(1-5)檢測該直流電信號的電壓信號，然后將該電壓信號傳輸至第一控制器(1-4)，第一控制器(1-4)將接收的電壓信號進行解調(diào)獲取識別碼開關信號，第一控制器(1-4)根據(jù)該識別碼開關信號識別負載的充電需求以提供相應的電能給負載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述第一DC/DC變換電路(1-1)和第二 DC/DC變換電路(2-1)結(jié)構(gòu)相同，均為降壓變換電路，該降壓變換電路中設置一降壓開關，第一 DC/DC變換電路(1-1)和第二 DC/DC變換電路(2_1)接收的識別碼開關信號均輸入至降壓開關。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述網(wǎng)側(cè)無線能量裝置(I)和負載側(cè)無線能量裝置(2)中的識別碼開關信號的頻率均小于恒頻開關信號的頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述識別碼開關信號包括一位校驗碼和多位識別碼，該校驗碼包括開通信號，每一位識別碼均包括開通信號和關斷信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，當電網(wǎng)接收電能時，第一控制器(1-4)分別將識別碼開關信號和恒頻開關信號輸出至第一 DC/DC變換電路(1-1)和第一變換器(1-2)中，當該識別碼為開通信號時，第一變換器(1-2)輸出的逆變電壓為第一電平，當該識別碼為關斷信號時，第一變換器(1-2)輸出的逆變電壓為第二電平；當識別碼開關信號為邏輯“I”時，第一電平和第二電平表示高電平，當識別碼開關信號為邏輯“O”時，第一電平和第二電平表示低電平。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，當負載接收電能時，第二控制器(2-4)分別將識別碼開關信號和恒頻開關信號輸出至第二 DC/DC變換電路(2-1)和第二變換器(2-2)中，當該識別碼為開通信號時，第二變換器(2-2)輸出的逆變電壓為第一電平，當該識別碼為關斷信號時，第二變換器(2-2)輸出的逆變電壓為第二電平；當識別碼開關信號為邏輯“I”時，第一電平和第二電平表示高電平，當識別碼開關信號為邏輯“O”時，第一電平和第二電平表示低電平。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述能量和信息雙向無線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，第一變換器(1-2)和第二變換器(2-2)結(jié)構(gòu)相同，均為H橋電路，第一變換器(1-2)和第二變換器(2-2)均用于實現(xiàn)AC/DC整流功能和DC/AC逆變功能。
【文檔編號】H02J17/00GK103972996SQ201410228189
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】朱春波, 張劍韜, 宋凱, 魏國, 逯仁貴, 郭宗芝 申請人:哈爾濱工業(yè)大學