[發明專利]用于靜態和動態諧振感應無線充電的近場全雙工數據鏈路

有效

• 申請號: 201580058034.9
• 申請日: 2015-09-04
• 公開（公告）號: CN107112123B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 布魯斯·理查德·朗;安德魯·W·達加
• 申請（專利權）人: 動量動力學公司
• 主分類號: H01F38/14
• 分類號: H01F38/14;H02J50/10;H02J50/80
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;吳瓊

一種全雙工低時延近場數據鏈路，該數據鏈路控制用于對電動車輛和其他電動裝置進行充電的靜態和/或動態諧振感應無線電力傳輸系統。相干轉發器配置使得能夠對來自附近和相鄰車輛的信號進行低復雜度的同步檢測和積極抑制。地面側設備中的基準晶體振蕩器為前向數據鏈路和返回數據鏈路二者提供頻率同步。傳輸借助于環形天線對之間的近場磁感應來進行，這連同低于由車輛底部和地表面構成的截止結構的有效波導大大限制了向緊鄰系統天線的區域的信號傳播。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年9月5日提交的美國臨時專利申請第62/046,392號的優先權。通過引用將該申請的內容并入本文。

技術領域

本發明在示例性實施例中描述了一種旨在對用來給電動車輛充電的諧振感應無線電力傳輸系統進行控制的全雙工近場數據鏈路。本發明使用相干轉發器配置，該相干轉發器配置使得能夠對源自附近和相鄰車輛的信號進行干擾抑制同步檢測和積極抑制。

背景技術

感應電力傳輸具有跨許多行業和市場的許多重要應用。可以將諧振感應無線電力設備視為具有將電力供給輸入部和電力供給輸出部分離和隔離開的大氣隙變壓器的開關模式直流-直流電力供給。由于通過調整輸入側參數來控制輸出電流，因此必須有一種方式將輸出參數傳遞至輸入側控制電路。常規的隔離的開關模式電力供給使用光耦合器或耦合變壓器來進行跨隔離勢壘的通信，但是這些常規的方法在存在大物理間隙時沒有用。跨電力傳輸間隙的聲通信和光通信在理論上可行，但是在實際應用中當受到泥、道路碎片、雪和冰以及積水的挑戰時卻無法勝任。可以借助于調制接收電感器阻抗以及檢測初級側電感器上感應的電壓變化和電流變化來進行跨電力傳輸間隙的通信。然而，由于諧振感應無線電力傳輸設備通常采用的低操作頻率以及這種諧振感應無線電力傳輸系統的初級側電感器和次級側電感器的中至高的負載Q值，因此嚴重限制了可用的數據通信帶寬，并且難以實現全雙工通信。

由于基于射頻的數據通信系統不受上面列舉的問題影響，因此優選基于射頻的數據通信系統，然而，常規的射頻數據通信系統在許多方面存在不足。半雙工系統只在一個方向上傳輸，但通過快速地交替傳輸方向可以創建充當全雙工鏈路的數據鏈路。傳輸數據緩沖或排隊會引入顯著和可變的傳輸延遲，因此當在控制系統的反饋路徑上出現傳輸數據緩沖或排隊時會造成控制系統不穩定，這是很不可取的。

常規的超外差接收器通常需要很好的中頻濾波器以提供信道外干擾抑制。然而，這種濾波器通常很貴并且很難單片集成。

此外，常規的無線數據鏈路并不固有地區別于附近其他相同類型的數據鏈路。這意味著，常規基于無線的數據鏈路當被用于調節電動車輛的無線充電時，經常對由附近或相鄰停車位的充電設備發出的無線命令做出響應，這種行為使明確的車輛識別和隨后的無線充電控制大大復雜化。

為了高電力無線充電的安全操作，非常期望提供具有最小延遲的通信鏈路以在負載脫離的情況下提供安全、快速的關閉。為了無線電力傳輸裝置的安全且實用的操作，還非常期望通信鏈路具有固有區別性以最小化相鄰裝置或車輛之間的通信串擾或誤讀的風險。一旦建立了通信，通信鏈路應該能夠保證在操作期間一個車輛只與一個指定的地面站進行通信而不與其他車輛或地面站進行通信。

發明內容

本發明通過實現一種相干全雙工射頻數據鏈路來解決上述需求和現有技術的限制，該相干全雙工射頻數據鏈路依賴于近場感應耦合而不是如在常規系統中的遠場傳播以限制有效通信范圍，采用同步檢測以在沒有復雜的頻域濾波的情況下抑制信道外和一些同信道的干擾，并且采用相干轉發器架構以進行數據鏈路傳輸-接收裝置對的正確識別。本文使用的“相干”意味著各個頻率彼此正好通過比率M/N相關，其中M和N是整數。換言之，包含第一頻率的M個整數周期的時間段恰好包含第二頻率的N個整數周期。