通信系統及無線汽車充電裝置的制作方法

本實用新型涉及無線通信技術領域，特別涉及一種通信系統及應用該通信系統的無線汽車充電裝置。

背景技術：

目前汽車充電主要是采用有線充電和無線充電兩種方式。無線充電省去了電動汽車與充電電源的頻繁接觸、減少人工操作環節，簡化了充電步驟和降低了充電成本，因而得到更廣泛的應用。

汽車的無線充電系統包括基建側部分和車載側部分，基建側部分通常設置有原邊無線通信裝置，車載側部分通常設置有副邊無線通信裝置，通過原邊無線通信裝置和副邊無線通信裝置形成的單一通道進行通信，在大功率充電場合，通信易受干擾，從而導致充電故障。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的是提供一種通信系統，旨在提高通信系統的穩定性。

為實現上述目的，本實用新型提出了了一種通信系統，應用于汽車無線充電裝置，所述汽車無線充電裝置包括基建側和車載側，所述基建側包括原邊變換器，所述車載側包括副邊變換器，該通信系統包括位于基建側的原邊線圈、原邊天線及原邊控制器，所述通信系統還包括位于車載側的副邊線圈、副邊天線及副邊控制器；

所述原邊線圈和所述副邊線圈，傳輸電壓或電流；所述原邊線圈和所述副邊線圈之間傳輸的電壓或電流中包括過零點信息；

所述原邊控制器，檢測原邊變換器中電壓或電流的過零點，并在檢測到過零點時，通過所述原邊天線發射或接收數字信號；所述副邊控制器，檢測副邊變換器中電壓或電流的過零點，并在檢測到過零點時，通過所述副邊天線發射或接收數字信號。

優選地，原邊變換器分別與原邊線圈及原邊控制器連接，副邊變換器分別與副邊線圈及副邊控制器連接；所述原邊控制器與原邊天線連接，所述副邊控制器與副邊天線連接

優選地，所述電壓或電流的過零點信息的頻率小于或等于兩倍的數字信號的頻率。

優選地，所述原邊控制器包括原邊控制電路及原邊調制解調電路，所述副邊控制器包括副邊控制電路及副邊調制解調電路；

所述原邊控制電路經所述原邊調制解調電路與所述原邊天線電連接；所述副邊控制電路經所述副邊調制解調電路與所述副邊天線電連接。

優選地，所述原邊線圈與副邊線圈形成有第一信號通道，所述原邊天線與所述副邊天線形成有第二信號通道；

所述原邊控制電路或副邊控制電路檢測到電壓或電流的過零點信息時，所述原邊控制電路或副邊控制電路延時預設時間后再通過第二信號通道發送數字信號。

優選地，所述原邊控制電路或副邊控制電路檢測到電壓或電流的過零點信息時，所述原邊控制電路或副邊控制電路延時預設時間后再通過第二信號通道接收數字信號。

優選地，所述預設時間小于所述原邊線圈和副邊線圈之間傳輸電壓或電流周期的1/4。。

優選地，在所述原邊控制電路檢測到電壓或電流的過零點信息且檢測到數字信號的起始位時，所述原邊控制電路延時預設時間后再開啟原邊調制解調電路解調信號；

在所述副邊控制電路檢測到電壓或電流的過零點信息且檢測到數字信號的起始位時，所述副邊控制電路延時預設時間后再開啟副邊調制解調電路解調信號。

本實用新型還提出一種汽車無線充電裝置，該汽車無線充電裝置包括位于基建側的原邊變換器、位于車載側的副邊變換器、及如上所述的通信系統；

所述原邊控制器，控制所述原邊變換器將電能進行變換后通過原邊線圈及副邊線圈傳輸至副邊變換器；所述副邊控制器控制所述副邊變換器對電能再次變換后給負載充電。

優選地，所述原邊變換器包括原邊整流電路、調壓電路、逆變電路、及原邊補償電路，所述副邊變換器包括副邊整流電路及副邊補償電路；

所述原邊整流電路的第一輸入端及第二輸入端接入市電，所述原邊整流電路的第一輸出端及第二輸出端分別與所述調壓電路的第一輸入端及第二輸入端連接；所述調壓電路的第一輸出端及第二輸出端分別與所述逆變電路的第一輸入端及第二輸入端連接；所述逆變電路的第一輸出端及第二輸出端分別與原邊補償電路的第一輸入端及第二輸入端連接，所述原邊補償電路的第一輸出端及第二輸出端分別與所述原邊線圈的第一端及第二端連接；所述原邊補償電路的采集端與所述原邊控制器連接，所述原邊控制器還與天線電連接；

所述副邊線圈與所述原邊線圈電磁耦合，所述副邊線圈的第一端及第二端分別與所述副邊補償電路的第一輸入端及第二輸入端連接，所述副邊補償電路的第一輸出端及第二輸出端分別與所述副邊整流電路的第一輸入端及第二輸入端連接；所述副邊整流電路的第一輸出端及第二輸出端均與電池連接；所述副邊補償電路的采集端與所述副邊控制器連接，所述副邊控制器還與天線電連接；

所述原邊控制器的控制端分別與所述原邊整流電路的受控端、所述調壓電路的受控端及所述逆變電路的受控端連接；所述副邊控制器的控制端與所述副邊整流電路的受控端連接。

本實用新型技術方案通過設置該原邊線圈、原邊天線、原邊控制器、副邊線圈、副邊天線及副邊控制器，形成了一種通信系統。原邊線圈與副邊線圈之間耦合，通信系統通過原邊線圈和副邊線圈傳輸電壓或電流的過零點信息。在基建側向車載側傳輸數字信號狀態下，原邊控制器在檢測到電壓或電流過零點時通過原邊天線發射數字信號，副邊控制器在檢測到電壓或電流過零點之后再開始通過副邊天線接收數字信號；類似地，在車載側向基建側傳輸數字信號狀態下，副邊控制器在檢測到電壓或電流過零點時通過副邊天線發射數字信號，原邊控制器在檢測到電流或電壓過零點之后再通過原邊天線接收數字信號。相對于傳統的單信號通道，本實用新型技術方案通過原邊線圈和副邊線圈傳輸電壓或電流，其中傳輸的電壓或電流中含有過零點信息，并在原邊天線和副邊天線傳輸數字信號進行通信，在過零點時進行接收或發射信號，有效降低了大功率充電工況下對通信的干擾，提高了系統通信的抗干擾能力。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型通信系統一實施例的功能模塊圖；

圖2為本實用新型通信系統進一步實施例的功能模塊圖；

圖3為本實用新型通信系統通信波形第一實施例示意圖；

圖4為本實用新型通信系統通信波形第二實施例示意圖；

圖5為本實用新型通信系統通信波形第三實施例示意圖；

圖6為本實用新型原邊補償電路第一實施例的結構示意圖；

圖7為本實用新型原邊補償電路第二實施例的結構示意圖；

圖8為本實用新型原邊補償電路第三實施例的結構示意圖。

附圖標號說明：

本實用新型目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

需要說明，本實用新型實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關系、運動情況等，如果該特定姿態發生改變時，則該方向性指示也相應地隨之改變。

另外，在本實用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本實用新型要求的保護范圍之內。

本實用新型提出一種通信系統，應用于汽車無線充電裝置，該汽車無線充電裝置包括原邊變換器100及副邊變換器200。

參照圖1及圖2，在本實用新型實施例中，該通信系統包括位于基建側的原邊線圈Lp、原邊天線400及原邊控制器300，所述汽車無線充電系統還包括位于車載側的副邊線圈Ls、副邊天線600及副邊控制器500。

所述原邊線圈Lp和所述副邊線圈Ls，傳輸電壓或電流；所述原邊線圈 Lp和所述副邊線圈Ls之間傳輸的電壓或電流中包括電壓或電流的過零點信息；所述原邊控制器300，檢測原邊變換器100中電壓或電流的過零點，并在檢測到過零點時，通過所述原邊天線400發射或接收數字信號；所述副邊控制器500，檢測副邊變換器200中電壓或電流的過零點，并在檢測到過零點時，通過所述副邊天線600發射或接收數字信號。

通信系統包括第一信號通道(未示出)和第二信號通道(未示出)，所述第一信號通道設置于所述原邊線圈Lp與所述副邊線圈Ls之間；所述第二信號通道設置于所述原邊天線400與所述副邊天線600之間。

需要說明的是，原邊線圈Lp和副邊線圈Ls分別為汽車無線充電裝置松耦合變壓器的原邊繞組和副邊繞組，原邊線圈Lp和副邊線圈Ls相互耦合，將原邊電能傳輸至副邊，對電動汽車的電池進行充電。本實用新型技術方案中，還利用了原邊線圈Lp和副邊線圈Ls傳遞電壓或電流的過零點信息。

本實用新型技術方案通過設置該原邊線圈Lp、原邊天線400、原邊控制器 300、副邊線圈Ls、副邊天線600及副邊控制器500，形成了一種通信系統。原邊線圈Lp與副邊線圈Ls之間耦合，通信系統通過原邊線圈Lp和副邊線圈Ls傳輸電壓或電流的過零點信息。在基建側向車載側傳輸數字信號狀態下，原邊控制器300在檢測到電壓或電流過零點時通過原邊天線400發射數字信號，副邊控制器500在檢測到電壓或電流過零點之后再開始通過副邊天線600接收數字信號；類似地，在車載側向基建側傳輸數字信號狀態下，副邊控制器500在檢測到電壓或電流過零點時通過副邊天線600發射數字信號，原邊控制器300 在檢測到電流或電壓過零點之后再通過原邊天線400接收數字信號。相對于傳統的單信號通道，本實用新型技術方案通過原邊線圈Lp和副邊線圈Ls傳輸電壓或電流，其中傳輸的電壓或電流中含有過零點信息，并在原邊天線和副邊天線傳輸數字信號進行通信，，聯合進行信號的傳輸，并在過零點時進行接收或發射信號，有效降低了大功率充電工況下對通信的干擾，提高了系統通信的抗干擾能力。

具體地，原邊變換器100分別與原邊線圈及原邊控制器連接，副邊變換器分別與副邊線圈及副邊控制器連接；所述原邊控制器與原邊天線連接，所述副邊控制器與副邊天線連接。

所述通信系統第一信號通道傳輸強電信號，所述強電信號包括原邊變換器100的電壓或電流的過零點信息；所述通信系統第二信號通道傳輸弱電信號，所述弱電信號包括原邊控制器300輸出的或副邊控制器500輸出的數字信號。

需要說明的是，原邊線圈Lp和副邊線圈Ls之間形成的信號通道用于傳輸強電信號，包括原邊變換器100中電壓或電流的過零點信息，還包括原邊變換器100的電壓值、電流值、頻率等實時模擬信號。而原邊天線400及副邊天線600之間用于傳輸含有調制信息的數字信號。

進一步地，所述原邊控制器300或所述副邊控制器500檢測到電壓或電流的過零點信息時，通過第二信號通道傳輸發射數字信號。

本實用新型實施例中，過零信號作為一種同步信號，即在原邊控制器300 或副邊控制器500檢測電壓或電流過零點時，原邊控制器300通過原邊天線 400發射數字信號，與此同時，副邊控制器500通過副邊天線600開始接收信號；或者是副邊發射信號，原邊接收信號。通過在交流電過零點時開始進行信號傳輸，大大降低了原邊變換器100或副邊變換器200中功率電路對通信的干擾，提高通信的穩定性。

進一步地，所述強電信號的頻率小于或等于兩倍的弱電信號的頻率。

需要說明的是，強電信號頻率fs和實際調制信號頻率fb滿足fb≤2*fs，當fb＝2*fs時，數字信號每個比特位對應持續的時間為半個周波，每個過零點都是同步信號；當fb＝fs時，數字信號每個比特位對應持續的時間整個周波，每隔一個過零點都是同步信號。推薦采用fs＝n*fb(n大于1且n為正整數)，當確定了fs和fb的關系后，每一個比特位持續的時間是固定的。

進一步地，所述原邊控制器300包括原邊控制電路310及原邊調制解調電路320，所述副邊控制器500包括副邊控制電路510及副邊調制解調電路 520；所述原邊控制電路310經所述原邊調制解調電路320與所述原邊天線400 電連接；所述副邊控制電路510經所述副邊調制解調電路520與所述副邊天線600電連接。

在本實施例中，發射信號的一端稱為發射端，接收信號的一端為接收端。

參照圖3，需要說明的是，原邊調制解調電路320或副邊調制解調電路520用于對信號的調制解調，例如原邊調制解調電路320將要傳輸的信息進行調制后通過原邊天線400無線發射至副邊天線600，副邊調制解調電路520對接收到的信號進行解調，完成通信。

圖3至圖5中由上到下，依次是發射端電壓或電流的過零點信息波形、發射端數字信號波形、接收端接收到的電壓或電流的過零點信息波形及數字信號波形。t1、t2、t3、t4、t5、t6為零點信號波形的過零點時刻。

參照圖4，進一步地，所述原邊控制電路310或副邊控制電路510檢測到電壓或電流的過零點信息時，所述原邊控制電路310或副邊控制電路510延時預設時間后再通過第二信號通道接收數字信號。即在發射端開始發送數字信號后，接收端的原邊控制電路310或副邊控制電路510檢測到電壓或電流的過零點信息時，延時預設時間后，再接收發射端發射的周期性數字信號。本實施例中，所述預設時間小于所述原邊線圈和副邊線圈之間傳輸電壓或電流周期的1/4。

參照圖5，進一步地，所述原邊控制電路310或副邊控制電路510檢測到電壓或電流的過零點信息時，所述原邊控制電路310或副邊控制電路510延時預設時間后再通過第二信號通道發送數字信號。

延時預設時間可以保證發射端在高速率傳輸數據的時候，接收端可以在過零點啟動解調電路解調信號，使得受到無線充電系統的干擾最小。

繼續參照圖5，進一步地，在所述原邊控制電路310檢測到電壓或電流的過零點信息且檢測到數字信號的起始位時，所述原邊控制電路310延時預設時間后再開啟原邊調制解調電路320解調信號；在所述副邊控制電路510檢測到電壓或電流的過零點信息且檢測到數字信號的起始位時，所述副邊控制電路510延時預設時間后再開啟副邊調制解調電路520解調信號。

需要說明的是，含有調制信息的數字信號是以周期的方式循環發射的，直到接收端接收完畢才結束。每一周期的數字信號中包含有起始位，在接收端檢測到電壓或電流的過零點信息且檢測到數字信號的起始位時，再開啟對應的原邊或副邊調制解調電路520，開始接收信號。這樣可進一步地降低線充電系統對通信的干擾，并降低后續處理電路的性能要求，從而降低成本。

現舉例對第二信號通道中信號調制和解調的過程進行說明，本實施例中假設基建側為信號發射端，車載側為信號接收端。基建側要輸出10101五位二進制信息，這些信息通過FSK(Frequency-shift keying，頻移鍵控)調制的方式將1轉換為頻率為f1的信號，將0轉換為頻率為f2的信號。

車載側捕獲通過第一信號通道傳輸過來的電流過零點信息，然后副邊調制解調電路520延時預設時間后工作，這樣可以讓副邊調制解調電路520在過零點附近開始工作，大大降低了主功率電路的干擾。如果副邊調制解調電路520沒有解調出了0或1信息，說明基建側沒有信息發送，持續進行檢測；如果副邊調制解調電路520解調出了0或1信息，說明收到了基建側發送的信息。以此過零點加上前面的延時時間為這一位信息的起始時間，并且在指定的位時間范圍內解調信息，如果解調出的出的信息一致，例如全為1或全為0，說明解調出的信息無誤。如果由于干擾導致解調出的信息中包含0和1，實際可按照二者持續的時間較長的為準的原則進行判斷，這樣可能會導致解調出的信息出錯，但是可通過發送端和接收端的應用層校驗進行判斷，如果校驗出錯，可以重復發送數據。

基建側捕獲逆變電路輸出電流的過零點，在捕獲過零點的同時，按照上述方式原邊控制器300將信息1通過調制電路轉換為頻率為f1的信號發送出去，

根據指定的位長度，基建側在檢測到指定的位長度后的下一個過零點信息，通過原邊控制器300將0通過調制解調電路轉換為頻率為f2的信號發送出去，車載側根據上一位的起始時間、位長以及下一過零點判斷出下一位信息的起始時間。車載側重復上面的步驟將0解調出來。

如此重復，從而將要輸出10101五位二進制信息發送完畢。

本實用新型還提出一種汽車無線充電裝置，該汽車無線充電裝置包括位于基建側的原邊變換器100、位于車載側的副邊變換器200、及如上所述的通信系統；

所述原邊控制器300，控制所述原邊變換器100將電能進行變換后通過原邊線圈Lp及副邊線圈Ls傳輸至副邊變換器200；所述副邊控制器500控制所述副邊變換器200對電能再次變換后給負載充電。

具體地，所述原邊變換器100包括原邊整流電路110、調壓電路120、逆變電路130、及原邊補償電路140，所述副邊變換器200包括副邊整流電路220 及副邊補償電路210；

所述原邊整流電路110的第一輸入端及第二輸入端接入市電，所述原邊整流電路110的第一輸出端及第二輸出端分別與所述調壓電路120的第一輸入端及第二輸入端連接；所述調壓電路120的第一輸出端及第二輸出端分別與所述逆變電路130的第一輸入端及第二輸入端連接；所述逆變電路130的第一輸出端及第二輸出端分別與原邊補償電路140的第一輸入端及第二輸入端連接，所述原邊補償電路140的第一輸出端及第二輸出端分別與所述原邊線圈Lp的第一端及第二端連接；所述原邊補償電路140的采集端與所述原邊控制器300連接，所述原邊控制器300還與天線電連接；

所述副邊線圈Ls與所述原邊線圈Lp電磁耦合，所述副邊線圈Ls的第一端及第二端分別與所述副邊補償電路210的第一輸入端及第二輸入端連接，所述副邊補償電路210的第一輸出端及第二輸出端分別與所述副邊整流電路 220的第一輸入端及第二輸入端連接；所述副邊整流電路220的第一輸出端及第二輸出端均與電池連接；所述副邊補償電路210的采集端與所述副邊控制器500連接，所述副邊控制器500還與天線電連接；

所述原邊控制器300的控制端分別與所述原邊整流電路110的受控端、所述調壓電路120的受控端及所述逆變電路130的受控端連接；所述副邊控制器500的控制端與所述副邊整流電路220的受控端連接。

需要說明的是，汽車無線充電系統為一種非接觸感應電能傳輸系統，系統中的漏感影響了系統傳輸的有功功率。本實施例中，通過補償電路來提高系統的有功功率。

參照圖6至圖8，補償電路包括如下三個實施例：

實施例一，該補償電路包括第一電容，其中第一電容的第一端與所述逆變電路130的第一輸出端連接，第一電容的第二端與原邊線圈Lp的第一端連接。

實施例二，該補償電路包括第一電容，第一電容并聯于原邊線圈Lp的第一端和第二端之間。

實施例三，該補償電路包括第一電容、第二電容、及第一電感；第一電感的第一端與所述逆變電路130的第一端輸出端連接，第一電感的第二端經所述第一電容與原邊線圈Lp的第一端連接，第二電容并聯于原邊線圈Lp兩端。

需要說明的是，副邊補償電路的電流結構與原邊補償電路的電路結構相同，其具體電路結構請參照原邊補償電路。

進一步地，汽車無線充電系統還包括電池管理器700，所述電池管理器 700的第一輸入端及第二輸入端分別與所述副邊整流電路220的第一輸出端及第二輸出端連接，所述電池管理器700的第一輸出端及第二輸出端均與所述動力電池連接。

電池管理器700即BMS(Battery Management System，電池管理系統)，用于對電池的電量、電壓及電流進行檢測和管理。電池管理器700提高了整了汽車無線充電系統的自動化水平。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是在本實用新型的實用新型構思下，利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本實用新型的專利保護范圍內。