[发明专利]用于谐振感应无线充电的数据链路

说明书

一种全双工、低时延的近场数据链路控制用于对电池再充电的谐振感应无线电力传输系统。在电动车辆实施方式中，组件相对于地面组件对准以接收充电信号。车辆组件包括一个或更多个充电线圈以及第一全双工感应耦合数据通信系统，该数据通信系统与包括一个或更多个充电线圈和第二全双工感应耦合数据通信系统的地面组件进行通信。基于车辆组件相对于地面组件的几何定位，选择性地启用地面组件和车辆组件的充电线圈以用于充电。适当情况下，将地面组件和/或车辆组件的发送/接收系统调整为相同类型，以使得能够在充电期间在地面组件与车辆组件之间进行对充电管理和控制数据的通信。

优先权声明

本申请要求于2019年11月6日提交的美国申请序列号16/675,618的优先权的权益，并且还要求于2019年9月13日提交的美国申请序列号16/570,801的优先权的权益，这两个申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

旨在用于控制谐振感应无线电力传输系统的全双工近场数据链路被用于对电动车辆再充电。相干转发器配置使得能够对源自附近车辆和相邻车辆的信号进行干扰抑制式同步检测以及正抑制。

背景技术

感应电力传输具有跨越许多工业和市场的许多重要应用。可以将谐振感应无线电力装置视为具有分离和隔离电源输入和输出部分的大气隙变压器的开关模式DC至DC电源。因为通过调整输入侧参数来控制输出电流，所以必须存在将输出参数传递至输入侧控制电路的方法。常规的隔离式开关模式电源使用光耦合器或耦合变压器来跨越隔离屏障进行通信，但是这些常规方法在存在大的物理间隙的情况下是无用的。跨越电力传输间隙的声学和光学通信原则上是可能的，但是当受到泥、道路碎片、雪冰以及积水的挑战时在实践中是不够的。可以借助于调制接收电感器阻抗以及检测在初级侧电感器上感应的电压和电流变化，跨越电力传输间隙进行通信。然而，由于谐振感应无线电力传输装置所采用的通常低的工作频率以及这样的谐振感应无线电力传输系统的初级侧和次级侧电感器的中等到高负载Q值，可用的数据通信带宽受到严重限制，并且全双工通信实现方式是困难的。

因此，基于射频的数据通信系统是优选的，因为基于射频的数据通信系统不受上面列出的困难的影响；然而，常规的射频数据通信系统在几个方面是不够的。半双工系统仅在一个方向上传输，但快速地交替传输的方向，从而创建用作全双工链路的数据链路。传输数据缓冲或排队引入了显著的且可变的传输时延，作为当将其放置在控制系统反馈路径中时控制系统不稳定性的原因，这是特别不期望的。

常规的超外差接收器通常需要相当好的中频滤波器来提供信道外干扰抑制。然而，这样的滤波器往往是昂贵的并且不容易使它们自己适合单片集成。

此外，常规的无线电数据链路并不固有地区别相同类型的其他附近数据链路。这意味着，常规的基于无线电的数据链路在用于促成解决电动车辆的无线充电时经常响应由附近或相邻停车位中的充电装置发出的无线电命令，这是使明确的车辆识别和随后的无线充电控制大大复杂化的行为。

发明内容

本文描述的系统和方法通过实现相干全双工射频数据链路解决了现有技术的上述和其他限制，该相干全双工射频数据链路依赖与常规系统中的远场传播相反的近场感应耦合来限制有效通信范围，该相干全双工射频数据链路采用同步检测来抑制信道外和一些同信道干扰而无需复杂的频域滤波，并且该相干全双工射频数据链路采用相干转发器(transponder)架构用于数据链路发送-接收设备对的肯定识别。

在示例实施方式中，提供了两个装置，一个装置与地面侧无线电力传输设备相关联，并且另一装置与车辆侧无线电力接收设备相关联。位于地面侧装置中的晶体控制参考振荡器为传输和检测所需的所有射频信号的相干生成提供了共同的基础。由于这是全双工通信装置，所以存在两个独立的发送-接收链路：从地面侧装置到车辆侧装置的前向链路，以及从车辆侧装置到地面侧装置的返回链路。车辆侧环形天线一般位于车辆的导电车身底部下方并且相对于地表面平行。