一種感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載合法性判定方法
【專利摘要】一種感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載合法性判定方法，其步驟是：能量發(fā)射端：控制器控制發(fā)射線圈產(chǎn)生微弱激磁磁場(chǎng)；并實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄發(fā)射線圈電流，并從發(fā)射線圈電流的包絡(luò)線中解調(diào)出頻率脈沖，并與其內(nèi)置的密鑰進(jìn)行驗(yàn)證，若驗(yàn)證通過，則向發(fā)射線圈注入額定的高頻交流電，系統(tǒng)進(jìn)入正常傳能工作狀態(tài)。能量拾取端：當(dāng)拾取線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)低于設(shè)定閾值時(shí)，能量拾取端的控制器控制BOOST直流變換電路工作在低頻模態(tài)，并以含有驗(yàn)證信息的脈沖序列作為其開關(guān)控制信號(hào)，使拾取線圈電流的幅值發(fā)生相應(yīng)的變化，并耦合到發(fā)射線圈上；當(dāng)拾取線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)超過設(shè)定閾值時(shí)，BOOST直流變換電路切換到高頻模態(tài)，能量拾取端進(jìn)入正常拾取能量狀態(tài)。
【專利說明】一種感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載合法性判定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載合法性判定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]感應(yīng)式無線電能傳輸(ICPT)技術(shù)是一種基于電磁場(chǎng)近場(chǎng)松耦合感應(yīng)原理，綜合利用電力電子變換技術(shù)、磁場(chǎng)耦合技術(shù)以及控制理論，實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備以非導(dǎo)線接觸方式從電網(wǎng)獲取能量的技術(shù)，具有供電靈活、安全可靠、維護(hù)成本低等特點(diǎn)。
[0003]一個(gè)ICPT系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)一般由完全電氣獨(dú)立的能量發(fā)射端和能量拾取端兩個(gè)部分組成，其中能量發(fā)射端與能量拾取端的關(guān)系可以是一對(duì)一的，也可以是一對(duì)多的。ICPT系統(tǒng)的基本原理是利用諧振變換器將工頻交流電或者直流電變換為高頻交流電，注入能量發(fā)射端的發(fā)射線圈(或?qū)к壘€圈)，基于電磁感應(yīng)原理，能量發(fā)射線圈的附近將會(huì)激發(fā)出具有相同頻率的高頻交變磁場(chǎng)，使處于該磁場(chǎng)中的能量拾取端的拾取線圈中感應(yīng)出高頻電動(dòng)勢(shì)，最后經(jīng)電力電子變換后直接輸出給用電負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)電能的無線傳輸。
[0004]磁場(chǎng)耦合方式的無線電能傳輸系統(tǒng)，由于發(fā)射線圈與拾取線圈之間沒有直接的電氣接觸，而有一個(gè)cm級(jí)的空氣氣隙，這使得激磁磁場(chǎng)具有一定的開放性，當(dāng)有非法負(fù)載進(jìn)入這一交變磁場(chǎng)空間時(shí)，則會(huì)造成能量的浪費(fèi)或被盜，給無線電能傳輸帶來安全隱患:如導(dǎo)磁金屬物進(jìn)入交變磁場(chǎng)空間，則會(huì)因電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流，并同時(shí)伴隨嚴(yán)重的發(fā)熱，造成能量的浪費(fèi)；如帶拾取線圈的竊電負(fù)載進(jìn)入交變磁場(chǎng)空間，則會(huì)造成能量的被盜。因此，有必要對(duì)ICPT系統(tǒng)的負(fù)載合法性進(jìn)行判別。
[0005]目前，ICPT系統(tǒng)主要是通過射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)來完成對(duì)負(fù)載合法性的判斷，RFID識(shí)別系統(tǒng)主要由閱讀器及電子標(biāo)簽組成，當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的能量拾取端進(jìn)入能量發(fā)射端的射頻天線工作區(qū)域時(shí)，發(fā)射端的射頻天線接收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后送到能量發(fā)射端的主控制器，由主控制器根據(jù)電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)來判斷負(fù)載的合法性。只有識(shí)別到合法負(fù)載時(shí)，主控制器才使能量發(fā)射端進(jìn)入正常工作，將能量無線傳輸給負(fù)載，否則拒絕向負(fù)載傳輸電能。
[0006]可見，RFID負(fù)載識(shí)別技術(shù)本質(zhì)上是基于一定頻率的射頻信號(hào)來進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)模捎贗CPT系統(tǒng)中磁能轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及高頻電能逆變器的存在，RFID射頻信號(hào)在能量的無線傳輸過程中易受到高頻電磁場(chǎng)的干擾，有可能會(huì)導(dǎo)致誤讀誤判，降低非法負(fù)載識(shí)別的準(zhǔn)確度。另外，RFID負(fù)載識(shí)別技術(shù)需要增加電子標(biāo)簽及其電源、閱讀器、射頻天線，也增加了整個(gè)系統(tǒng)的成本，降低了系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載合法性判定方法，該方法能更準(zhǔn)確、可靠地判別負(fù)載的合法性，且不增加新的硬件，判別成本低，易于實(shí)施。
[0008]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載合法性判定方法，其步驟是:[0009]能量發(fā)射端
[0010]Al、能量發(fā)射端通過控制器控制逆變電路向發(fā)射線圈注入微小的高頻交流電，產(chǎn)生微弱激磁磁場(chǎng)；并實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄發(fā)射線圈電流，將發(fā)射線圈電流的峰值點(diǎn)連接，得到用于反映發(fā)射線圈電流幅度變化的包絡(luò)線，從包絡(luò)線中解調(diào)出低頻信號(hào)，再將低頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖序列，并與其內(nèi)置的密鑰進(jìn)行匹配驗(yàn)證，若驗(yàn)證通過，判定能量拾取端的負(fù)載合法，進(jìn)行A2步驟的操作；否則重復(fù)以上操作。
[0011]A2、能量發(fā)射端通過控制器控制逆變電路向發(fā)射線圈注入額定的高頻交流電，無線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)入正常傳能工作狀態(tài)。
[0012]能量拾取端
[0013]B、拾取線圈在能量發(fā)射端發(fā)射線圈的微弱激磁磁場(chǎng)作用下感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)整流電路整流后向BOOST直流變換電路提供電能，當(dāng)拾取線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)低于設(shè)定的閾值時(shí)，能量拾取端的控制器控制BOOST直流變換電路工作在低頻模態(tài)，并以含有驗(yàn)證信息的脈沖序列作為BOOST直流變換電路的開關(guān)控制信號(hào)，使拾取線圈電流的幅值發(fā)生相應(yīng)的變化，并耦合到能量發(fā)射端的發(fā)射線圈上；
[0014]當(dāng)拾取線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)超過設(shè)定的閾值時(shí)，能量拾取端的控制器控制BOOST直流變換電路切換到高頻模態(tài)，能量拾取端進(jìn)入正常拾取能量狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明的關(guān)鍵在于:
[0016]無線能量傳輸系統(tǒng)的BOOST直流變換電路在傳統(tǒng)工作狀態(tài)下處于高頻模式，通過改變開關(guān)信號(hào)的占空比即可調(diào)節(jié)輸出功率的大小，當(dāng)占空比一定時(shí)，發(fā)射線圈電流的幅值幾乎不變，但這種模式很難將驗(yàn)證信號(hào)加載其上并檢測(cè)出來。
[0017]因此，在負(fù)載合法性驗(yàn)證通過之前，設(shè)定BOOST直流變換電路工作在低頻模式下，BOOST直流變換電路的開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于系統(tǒng)振蕩頻率，其工作原理與傳統(tǒng)的模式大為不同:當(dāng)BOOST直流變換電路中的功率開關(guān)管閉合時(shí)，實(shí)質(zhì)上是將拾取諧振電路短路，從能量發(fā)射端電路解耦，傳輸功率為零，發(fā)射線圈電流的幅值隨其逐漸增大；當(dāng)功率開關(guān)管斷開后，系統(tǒng)重新建立磁路耦合關(guān)系，能量拾取端工作，發(fā)射線圈電流的幅值也隨之逐漸減小。從而在發(fā)射線圈電流的幅值變化上表現(xiàn)為包絡(luò)線形式，該包絡(luò)線的頻率就是BOOST直流變換電路的開關(guān)頻率。從而能量拾取端控制器按驗(yàn)證信號(hào)控制功率開關(guān)管進(jìn)行開通與關(guān)斷，即可將驗(yàn)證信號(hào)以包絡(luò)線形式加載傳輸?shù)桨l(fā)射線圈電流上，再通過能量發(fā)射端的包絡(luò)線檢波，就可以解調(diào)出從能量拾取端傳送過來的負(fù)載驗(yàn)證信號(hào)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]一、負(fù)載驗(yàn)證信號(hào)以能量包絡(luò)線形式加載在能量傳輸通道中，不易受到電磁干擾，保證了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，從而能更加?zhǔn)確、可靠地對(duì)負(fù)載的合法性進(jìn)行判定。
[0020]二、通過軟件算法直接利用能量發(fā)射端和能量拾取端已有的控制器、發(fā)射線圈、拾取線圈、BOOST直流變換電路等產(chǎn)生、發(fā)送和識(shí)別負(fù)載驗(yàn)證信號(hào)(能量拾取端也不需要增加驗(yàn)證用的電源，其電能由能量發(fā)射端的微弱激磁磁場(chǎng)提供)，完成對(duì)負(fù)載合法性的判定。而無需增加額外的射頻通信以及信號(hào)調(diào)制等裝置，負(fù)載識(shí)別的硬件成本為零，易于實(shí)現(xiàn)。
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的BOOST直流變換電路在驗(yàn)證負(fù)載合法性時(shí)(低頻工作模式)的發(fā)射線圈電流波形。
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的BOOST直流變換電路在正常工作模式(高頻工作模式)下的發(fā)射線圈電流波形。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例
[0025]本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】是，一種感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載合法性判定方法，其步驟是:
[0026]能量發(fā)射端
[0027]Al、能量發(fā)射端通過控制器控制逆變電路向發(fā)射線圈注入微小的高頻交流電，產(chǎn)生微弱激磁磁場(chǎng)；并實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄發(fā)射線圈電流，將發(fā)射線圈電流的峰值點(diǎn)連接，得到用于反映發(fā)射線圈電流幅度變化的包絡(luò)線，從包絡(luò)線中解調(diào)出低頻信號(hào)，再將低頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖序列，并與其內(nèi)置的密鑰進(jìn)行匹配驗(yàn)證，若驗(yàn)證通過，判定能量拾取端的負(fù)載合法，進(jìn)行A2步驟的操作；否則重復(fù)以上操作。
[0028]A2、能量發(fā)射端通過控制器控制逆變電路向發(fā)射線圈注入額定的高頻交流電，無線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)入正常傳能工作狀態(tài)。
[0029]能量拾取端
[0030]B、拾取線圈在能量發(fā)射端發(fā)射線圈的微弱激磁磁場(chǎng)作用下感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)整流電路整流后向BOOST直流變換電路提供電能，當(dāng)拾取線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)低于設(shè)定的閾值時(shí)，能量拾取端的控制器控制BOOST直流變換電路工作在低頻模態(tài)，并以含有驗(yàn)證信息的脈沖序列作為BOOST直流變換電路的開關(guān)控制信號(hào)，使拾取線圈電流的幅值發(fā)生相應(yīng)的變化，并耦合到能量發(fā)射端的發(fā)射線圈上；
[0031]當(dāng)拾取線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)超過設(shè)定的閾值時(shí)，能量拾取端的控制器控制BOOST直流變換電路切換到高頻模態(tài)，能量拾取端進(jìn)入正常拾取能量狀態(tài)。
[0032]圖1和圖2可以更加直觀地解釋本發(fā)明的工作原理。
[0033]圖1表明BOOST直流變換電路在負(fù)載驗(yàn)證工作狀態(tài)(低頻工作模式)下，發(fā)射線圈電流表現(xiàn)為低頻包絡(luò)線特性，包絡(luò)線的頻率與圖中的方波信號(hào)(BOOST直流變換電路的開關(guān)信號(hào))的頻率保持一致，能量發(fā)射端的控制器經(jīng)過對(duì)包絡(luò)線信號(hào)的解調(diào)，可以得到能量拾取端的BOOST直流變換電路的開關(guān)信號(hào)即負(fù)載驗(yàn)證信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)負(fù)載合法性的識(shí)另O。當(dāng)驗(yàn)證不通過時(shí)，系統(tǒng)無法進(jìn)入正常工作狀態(tài)，有效地避免非法負(fù)載進(jìn)入激磁磁場(chǎng)導(dǎo)致的能量浪費(fèi)或各種安全隱患。
[0034]圖2表明BOOST直流變換電路在正常工作狀態(tài)(高頻工作模式)下，發(fā)射線圈電流的幅值(圖中的方波信號(hào)為BOOST直流變化電路的開關(guān)信號(hào))幾乎無變化，沒有形成與圖中方波信號(hào)相關(guān)聯(lián)的能量包絡(luò)線，不包含也不便于包含任何其他信息。
【權(quán)利要求】
1.一種感應(yīng)式無線電能傳輸系統(tǒng)的負(fù)載合法性判定方法，其步驟是: 能量發(fā)射端 Al、能量發(fā)射端通過控制器控制逆變電路向發(fā)射線圈注入微小的高頻交流電，產(chǎn)生微弱激磁磁場(chǎng)；并實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄發(fā)射線圈電流，將發(fā)射線圈電流的峰值點(diǎn)連接，得到用于反映發(fā)射線圈電流幅度變化的包絡(luò)線，從包絡(luò)線中解調(diào)出低頻信號(hào)，再將低頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖序列，并與其內(nèi)置的密鑰進(jìn)行匹配驗(yàn)證，若驗(yàn)證通過，判定能量拾取端的負(fù)載合法，進(jìn)行A2步驟的操作；否則重復(fù)以上操作。 A2、能量發(fā)射端通過控制器控制逆變電路向發(fā)射線圈注入額定的高頻交流電，無線電能傳輸系統(tǒng)進(jìn)入正常傳能工作狀態(tài)。 能量拾取端 B、拾取線圈在能量發(fā)射端發(fā)射線圈的微弱激磁磁場(chǎng)作用下感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)整流電路整流后向BOOST直流變換電路提供電能，當(dāng)拾取線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)低于設(shè)定的閾值時(shí)，能量拾取端的控制器控制BOOST直流變換電路工作在低頻模態(tài)，并以含有驗(yàn)證信息的脈沖序列作為BOOST直流變換電路的開關(guān)控制信號(hào)，使拾取線圈電流的幅值發(fā)生相應(yīng)的變化，并耦合到能量發(fā)射端的發(fā)射線圈上； 當(dāng)拾取線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)超過設(shè)定的閾值時(shí)，能量拾取端的控制器控制BOOST直流變換電路切換到高頻模態(tài)，能量拾取端進(jìn)入正常拾取能量狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H04B5/00GK103795154SQ201310596823
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】何正友, 李硯玲, 黃立敏, 李勇, 麥瑞坤, 林圣
申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)