[發明專利]用于ECPT系統中的復合信源式電能與信號并行傳輸方法

有效

• 申請號: 201610311939.9
• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN105762945B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 蘇玉剛;呂志坤;孔令鑫;徐思文;周瑋
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H04B5/00
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 龍玉洪

本發明公開了一種用于ECPT系統中的復合信源式電能與信號并行傳輸方法，該方法在ECPT系統中采用多個頻率并行傳輸信號，具有較寬的通信帶寬，克服了目前已有電能與信號并行傳輸系統中信道頻帶窄的問題，提升了數據傳輸速率，此外，利用該方法構建的電路拓撲依靠自身阻抗特性實現電能通道與信道間的隔離，完成了絕大部分電能串擾的隔離。最后充分利用信道帶寬，根據頻分復用法在多路子信道中進行信號調制，采用快速傅立葉變換對拾取信號進行頻譜分析，在分離剩余的低頻串擾的同時，進行多路高頻載波的頻譜分離，實現特定串擾頻譜下的多路信號解調，相對于模擬解調方式具有較強的抗干擾能力。

技術領域

本發明涉及無線電能傳輸系統中的信息傳輸技術，具體的說，是一種用于ECPT(Electric-field Coupled Power Transfer，電場耦合型無線電能傳輸)系統中的復合信源式電能與信號傳輸方法。

背景技術

隨著無線電能傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)技術的不斷發展與突破，近年來針對基于電場耦合無線電能傳輸(Electric-Field Coupled Power Transfer,ECPT)技術的研究得到了國內外研究人員的關注。全球已有來自新西蘭、美國、英國、日本、韓國、中國等國的學者，圍繞電動汽車、生物假體、旋轉機構、手機、機器人等應用對象的基于ECPT技術無線充/供電問題展開理論研究與應用探索。然而，對于現有的ECPT系統而言尚有一些瓶頸問題有待解決。其中，由于系統工作頻率高、模型階次高所導致的常見問題包括：控制系統復雜、參數敏感性較高、魯棒性不理想、功率等級與效率有限等。而基于現有ECPT系統的電能與信號并行傳輸成為一種可行的解決方案。電能發射端與接收端之間的無線信號傳輸通道可用于構建跨越兩端的控制回路，提升系統可控性與控制精度，實現系統最大功率或最優效率跟蹤控制；通道還可用于系統兩端的時變參數交互，解決參數敏感性較高與系統魯棒性不理想的問題。此外，除了系統本身工作特性優化所需要的無線信號傳輸技術外，一些用電設備也需要與電源發射端進行信號傳輸，如植入型生物假體的數據外傳、電動汽車無線充/供電系統電池狀態數據回傳等。

由于電能與信號并行傳輸技術中，電能載波與信號載波以疊加的形式在電路中共同傳輸，故而電能對信號傳輸的串擾問題尤為嚴重。為解決ECPT系統電能串擾下的信號解調問題，目前主要是依靠模擬電路濾波，通過帶通濾波或高通濾波的方式實現電能串擾的抑制，使信號載波傳入解調裝置。但是，從實際效果來看，由于電能載波幅值遠高于信號載波幅值，從而導致模擬濾波不徹底，容易導致濾波后串擾幅值仍高于信號載波幅值，使得解調出錯。此外，目前信號傳輸主要采用單一頻率載波的形式，導致信號傳輸速率較低。

發明內容

針對上述兩大問題，本發明利用ECPT系統特有的電容耦合形式具有顯著的高通特性，采用頻分復用(Frequency Division Multiplexing,FDM)技術，將傳輸信道的總帶寬劃分成若干個子通道，充分利用信道帶寬，提高了信道利用率與信號傳輸速率。同時，采用快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation,FFT)，將融合了各子信道載波與電能串擾的疊加時域信號進行頻域化分析，一方面分離串擾對信號解調的干擾，另一方面實現多路信號并行解調，提升信號傳輸速率和可靠性。

為達到上述目的，本發明采用的具體技術方案如下：

一種用于ECPT系統中的復合信源式電能與信號并行傳輸方法，其關鍵在于，包括以下步驟：

步驟1：在ECPT系統的原邊電路和副邊電路分別設置信號支路，原邊信號支路連接在兩個發射極板之間，副邊信號支路連接在兩個接收極板之間，原邊信號支路和副邊信號支路一個為信號發射支路，另一個為信號接收支路；

所述信號發射支路包括電感L_b2、電容C_b2以及n路復合信號調制模塊，n為大于或等于2的正整數，n路復合信號調制模塊由n路信號載波經過n路調制信號調制后經過信號疊加模塊組成，最終由信號加載端口接入主電路；