CN104124996B - 实现无线电能传输***无线通信的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现无线电能传输***无线通信的方法及***，所述方法包括：发射端激活其与接收端之间的数据传输的通信通道，建立发射端与接收端的通信连接；接收端获取负载的状态信息，根据预定义的通信标准将所述状态信息打包成对应的格式，并通过所述通信通道发送给发射端；所述发射端根据负载的状态信息调整发射端的工作状态。本发明使得接收端可实时将负载的状态信息反馈给发送端，使发送端准确的根据接收端的状态调整发射功率等参数，同时还实现了不同类型或不同厂家的无线电能传输设备之间的兼容性。

Description

实现无线电能传输***无线通信的方法及***

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，尤其涉及一种实现无线电能传输***无线通信的方法及***。

背景技术

无线电能传输技术，一般是采用感应耦合电能传输技术，是一种通过电磁耦合以非接触式方式向负载传递能量的一项新技术。其原理如图1所示，无线电能传输***主要分为发射端和接收端两大部分，发射端主要是完成电能的变换与发送，接收端主要是完成能量的拾取与稳压，为负载供电。***通过发射端线圈中的高频电流激发的高频磁场在接收端线圈中引起电磁感应产生感应电压的模式完成能量的非接触传送。

目前，无线电能传输***中只有能量传输通道，接收端和发射端之间没有信息的交换及通信。这样主要存在两个弊端：

第一，接收端无法将负载状态信息实时反馈：如接收端的负载状态发生变化或出现故障时无法通知发射端，发射端只能根据自身相关的参数进行推断，容易产生错误的结论。当接收端的负载从满载降到空载时，如果发射端不能及时对应调控，将使接收端线圈电压过冲，甚至烧坏电路中的元器件。

第二，发射端与接收端不存在通信，并且在发射端与接收端之间也没有统一的通信标准，导致不同类型的产品或不同厂家的无线电能传输产品不能同时兼容，无法通用，给用户造成了不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现无线电能传输***无线通信的方法及***，以解决无线电能传输***中发射端与接收端之间的数据通信，以及为不同类型或不同厂家的无线电能传输设备提供统一的数据通信标准。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种实现无线电能传输***无线通信的方法，包括：

发射端向接收端传输电能时，激活其与接收端之间的数据传输的通信通道，建立发射端与接收端的通信连接；

接收端获取负载的状态信息，根据预定义的通信标准将所述状态信息打包成对应的格式，并通过所述通信通道发送给发射端；

所述发射端根据负载的状态信息调整发射端的工作状态。

其中，所述发射端激活其与接收端之间的数据无线传输的通信通道之前，还包括：

发射端开机初始化，检测有无接收端，当检测到有接收端时，停止检测；

发射端记录对应接收端的标识信息以激活与该标识信息对应的通信通道，发射可使接收端正常工作的最小能量给接收端。

其中，所述通信标准具体定义如下的数据帧结构：

包头，长度为16bits，包含接收端的标识信息；

关机，长度为1bit，表示负载的关机信号；

待机，长度为1bit，表示负载的待机信号；

功率加，长度为1bit，表示通知发射端增大能量发射的功率；

功率减，长度为1bit，表示通知发射端减小能量发射的功率；

当前状态，长度为3bits，表示负载当前所处状态；

下一状态，长度为3bits，表示负载下一步将转换到的工作状态；

快速调整，长度为1bit，表示通知发射端加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间；

校验码，长度为1bit，用于对前述信息进行校验。

其中，所述发射端根据负载的状态信息调整工作状态具体为：

当所述负载的状态信息为负载的关机信号时，发射端关断能量的传输；

当所述负载的状态信息为负载的待机信号时，发射端将发射给接收端的能量大小调整到维持对应负载待机工作所需电能的最小值；

当所述负载的状态信息为功率加或功率减信号时，发射端相应地增加能量发射功率或降低能量发射功率；

当所述负载的状态信息包括快速调整信号时，发射端相应地加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间。

其中，所述通信通道与无线电能传输***的能量传输通道共用，所述通信连接基于载波的方式。

其中，所述通信通道与无线电能传输***的能量传输通道彼此独立，所述通信连接的方式包括WIFI、ZIGBEE或蓝牙。

本发明第二方面提供一种实现无线电能传输***无线通信的***，包括发射端、接收端和负载，所述发射端负责发射电能给所述接收端，所述接收端负责拾取能量并稳压，并输出给负载，

所述发射端中包含第一通信模块，用于在发射端开始向接收端传输电能的时候，激活发射端与接收端之间的数据无线传输的通信通道，建立发射端与接收端的通信连接，以接收接收端通过无线方式发来的信息；

所述接收端中包含第二通信模块，与接收端电路连接，用于根据预定义的通信标准将接收端电路获取的负载的状态信息打包成对应的格式，并通过所述通信通道发送给发射端；

所述发射端中还包含控制模块，用于根据负载的状态信息调整发射端的工作状态；所述控制模块与发射端电路、反馈电路和所述第一无线通信模块连接。

其中，在发射端开机初始化后，检测有无接收端，当检测到有接收端时，停止检测；记录对应接收端的标识信息以激活与该标识信息对应的通信通道，发射可使接收端正常工作的最小能量给接收端。

其中，所述通信标准具体定义如下的数据帧结构：

包头，长度为16bits，包含接收端的标识信息；

关机，长度为1bit，表示负载的关机信号；

待机，长度为1bit，表示负载的待机信号；

功率加，长度为1bit，表示通知发射端增大能量发射的功率；

功率减，长度为1bit，表示通知发射端减小能量发射的功率；

当前状态，长度为3bits，表示负载当前所处状态；

下一状态，长度为3bits，表示负载下一步将转换到的工作状态；

快速调整，长度为1bit，表示通知发射端加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间；

校验码，长度为1bit，用于对前述信息进行校验；

其中，所述通信通道与无线电能传输***的能量传输通道共用，所述通信连接基于载波的方式；或者，

所述通信通道与无线电能传输***的能量传输通道彼此独立，所述通信连接的方式包括WIFI、ZIGBEE或蓝牙。

其中，所述发射端的控制模块具体包括：

第一控制单元，用于当所述负载的状态信息为负载的关机信号时，发射端关断能量的传输；

第二控制单元，用于当所述负载的状态信息为负载的待机信号时，发射端将发射给接收端的能量大小调整到维持对应负载待机工作所需电能的最小值；

第三控制单元，用于当所述负载的状态信息为功率加或功率减信号时，发射端相应地增加能量发射功率或降低能量发射功率；

第四控制单元，用于当所述负载的状态信息包括快速调整信号时，发射端相应地加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例通过发射端与接收端之间的数据传输的通信通道，使得发射端和接收端即可以进行能量的传输，又可以进行数据通信，接收端可以将负载状态信息反馈给发射端，使发射端实时了解负载状态，并根据负载状态信息及时调整发射端工作参数；同时通过建立统一的通信标准及通信规则，实现了不同类型或不同厂家的无线电能传输设备之间的兼容性，有利于降低成本投入，为用户提供了方便。

附图说明

图1是现有的无线电能传输***的示意图。

图2是本发明一种实现无线电能传输***无线通信的方法的一实施方式的流程图。

图3是本发明一种实现无线电能传输***无线通信的方法的又一实施方式的流程图。

图4是本发明一种实现无线电能传输***无线通信的方法的再一实施方式的流程图。

图5是本发明一种实现无线电能传输***无线通信的***的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

请参见图2，本发明一种实现无线电能传输***无线通信的方法包括步骤S1-S3。

步骤S1，发射端开始向接收端传输电能时，激活其与接收端之间的数据传输的通信通道，建立发射端与接收端的通信连接。

具体地，所述通信通道可与无线电能传输***的能量传输通道共用，对应地通信连接基于载波的方式，即发射端向接收端发送电能和接收端向接收端反馈负载的各种信息的数据传输通信通道共用；也可另建一个独立的用于传输数据的通信通道，所述通信通道与无线电能传输***的能量传输通道彼此独立，对应地通信连接的方式包括基于WIFI、ZIGBEE或蓝牙等。

本实施例中，当发射端和接收端通过握手信息建立通信连接后，发射端的通信模块便不再响应其它接收端的无线信号，避免了不同接收端设备之间的信号干扰问题。

步骤S2，所述接收端获取负载的状态信息，根据预定义的通信标准将所述状态信息打包成对应的格式，并通过所述通信通道发送给所述发射端。

其中，所述通信标准可兼容不同厂家或不同类型的发射端和接收端，具体定义可根据实际情况作调整。本实施例中，根据在无线电能传输***工作时通用的必要信息，所述通信标准定义的数据帧结构如表1所示。

表1：

所述通信标准具体包括：

包头，长度为16bits，包含接收端的标识信息，所述标识信息如接收端的ID号或另设的类似信息；

关机，长度为1bit，表示负载的关机信号；

待机，长度为1bit，表示负载的待机信号；

功率加，长度为1bit，表示通知发射端增大能量发射的功率；

功率减，长度为1bit，表示通知发射端减小能量发射的功率；

当前状态，长度为3bits，表示负载当前所处状态；

下一状态，长度为3bits，表示负载下一步将转换到的工作状态；这组信息的作用是帮助发射端及时进行功率调节，避免由于负载变小而发射端调节不及时引起的接收端线圈过冲现象，或者负载变大而发射端调节不及时引起的接收端线圈电压过低等现象；

快速调整，长度为1bit，表示通知发射端加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间；

校验码，长度为1bit，用于对前述信息进行校验，以防止出现传输错误等情况。

根据所述通信标准在发射端和接收端之间建立标准的通信接口，可使不同厂家或不同类型的无线电能传输设备之间兼容。

步骤S3，所述发射端根据负载的状态信息调整发射端的工作状态，如加减功率、关闭能量传输等。

本实施例中，该步骤具体包括，发射端对接收端发来的数据进行解析得出负载的状态信息；当所述负载的状态信息为负载的关机信号时，发射端关断能量的传输；当所述负载的状态信息为负载的待机信号时，发射端将发射给接收端的能量大小调整到可维持负载待机工作的最小值；当所述负载的状态信息为功率加或功率减信号时，发射端相应地增加能量发射功率或降低能量发射功率；当所述负载的状态信息包括快速调整信号时，发射端相应地加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间。

通过上述实施例，发射端开机初始化后，检测有无接收端，当检测到有接收端时（例如当第一次接收到接收端通过无线方式发来的信息时），停止检测，记录所述接收端的标识信息，发射可使接收端正常工作的最小能量给接收端（以激活接收端进行负载信息获取及通信模块能正常通讯），激活其与接收端之间的数据无线传输的通信通道建立通信连接，然后与接收端进行信息交互。一旦发射端与接收端建立通信连接后，便不再响应其他接收端发来的信息（可由通信协议控制），以避免干扰。由此，实现了发射端和接收端的数据通信，接收端可将负载的各种状态信息实时反馈给发射端，使发射端实时了解、监控接收端负载的状态，并根据相应的调整发射端的状态。

请参见图3，本发明一种实现无线电能传输***无线通信的方法的又一实施方式包括如下步骤L0-L3，具体为：

L0，发射端开机初始化，检测有无接收端（例如检测发射端的有效工作范围内是否有接收端），当检测到有接收端时，停止检测；发射端记录对应接收端的标识信息（如接收端的标识ID或类似信息），发射可使接收端正常工作的最小能量给接收端。

本实施例中，若没有检测到接收端，发射端会继续检测有无接收端。

具体地，所述通信通道可与能量传输通道共用，对应地通信连接基于载波的方式，即发射端向接收端发送电能的通道和接收端向接收端反馈负载的各种信息的通信通道共用；也可另建一个独立的通信通道，所述通信通道与能量传输通道彼此独立，对应地通信连接的方式包括WIFI、ZIGBEE或蓝牙等。

本实施例中，发射端与接收端之间的通信通道被激活之后，不再接收其他通信模块的无线信号，避免了不同发射端、接收端之间的通讯干扰。即当发射端开机时，没有和任何接收端建立通信。当第一次接收到来自接收端发来的信息时，发射端会记录该接收端的标识信息，并不再和其他接收端进行信息交换。

L1，发射端开始向接收端传输电，激活其与接收端之间的数据传输的通信通道，建立发射端与接收端的通信连接。

L2，接收端获取负载的状态信息，根据预定义的通信标准将所述状态信息打包成对应的格式，并通过所述通信通道发送给发射端。所述通信标准可兼容不同厂家或不同类型的发射端和接收端。

L3，所述发射端根据负载的状态信息调整发射端的工作状态。

其中，步骤L1-L3的具体实施方式可参阅上述实施例步骤S1-S3，在此不再赘述。

参见图4，下面对本发明实现无线电能传输***无线通信的方法中发射端和接收端的具体工作流程作进一步的说明。

对于发射端，如图4（a）所示，其工作流程为：

41、发射端开机；

42、初始化发射端的通信模块；

43、检测有无接收端，本实施例即检测发射端的有效工作范围内是否有接收端？若是，进入下一步，否则，重新执行该步骤；

44、发送可使接收端工作的最小能量，激活所述接收端，建立与所述接收端的通信连接；

45、和接收端进行通信；

46、发射端根据接收端的负载状态信息调整其工作状态。

47、检测接收端是否移走？若是，返回步骤43，否则，返回步骤45。

对于接收端，其工作情况相对比较简单，如图4（b）所示，包括步骤：

51、接收端开机；

52、接收端的通信模块初始化；与发射端建立通信连接；

53、获取负载的状态信息；

54、与发射端进行通信，返回步骤53。

本发明通过建立发射端与接收端之间进行数据传输的通信通道和统一的通信标准，改变现有的无线电能传输***只能由发射端向接收端传输电能、不能进行数据通信的问题，建立了发射端和接收端之间的闭环控制，提高了无线电能传输***的控制精度，且发射端和接收端之间通过信息的交互，可以方便发射端对接收端的负载各种状态信息进行了解。同时，通过统一通讯标准及编码规则，建立统一的通信接口，使不同类型或不同厂家的无线电能传输设备具有兼容性，促进无线电能传输***的推广应用。

基于上述实施例，本发明还提供了一种实现无线电能传输***无线通信的***的实施例，请参见图5，所述***包括发射端100、接收端200和负载300，所述发射端100主要负责电能的变换并控制传输给所述接收端，所述接收端200主要负责能量的拾取与稳压并输出给负载300。其中，所述发射端100的发射端电路104控制发射端线圈101中的高频电流激发高频磁场，以在接收端线圈201中引起电磁感应，接收端的接收端电路203拾取感应电压并稳压，以输出给负载。其中，所述发射端100中还包含第一通信模块102，用于在发射端开始向接收端传输电能的时候，激活发射端与接收端之间的数据无线传输的通信通道，建立发射端与接收端的通信连接，以接收接收端通过无线方式发来的信息；对应的，所述接收端200中包含第二通信模块202，与接收端电路203连接，用于根据预定义的通信标准将接收端电路获取的负载的状态信息打包成对应的格式，并通过所述通信通道发送给发射端。并且，所述发射端100中还包含控制模块103，用于根据所述负载的状态信息调整发射端的工作状态，如加减功率、关闭能量传输等。

所述控制模块103连接发射端电路104、反馈电路105和所述第一无线通信模块102，所述反馈电路105负责从发射端线圈101和接收端线圈201的感应信息中推断接收端的负载状态信息并反馈给控制模块103，以使控制模块根据所述反馈电路的反馈信息控制发射端电路调整工作参数。所述发射端线圈101与发射端电路104和反馈电路105连接。

较佳的，所述发射端100的控制模块103还用于，发射端开机初始化后，检测有无接收端（如检测发射端的有效工作范围内是否有接收端），当检测到有接收端时（例如第一次接收到接收端通过无线方式发来的信息时），停止检测；记录对应接收端的标识信息以激活与该标识信息对应的通信通道，发射可使接收端正常工作的最小能量给接收端。

本实施例中，所述通信通道可与无线电能传输***的能量传输通道共用，对应的所述通信连接基于载波的方式；或者，另建一个独立的用于数据传输的通信通道，所述通信通道与能量传输通道彼此独立，所述通信连接的方式可基于WIFI、ZIGBEE或蓝牙等。本实施例中，当发射端和接收端通过握手信息建立通信连接后，发射端第一通信模块便不再响应其它接收端的信号，避免了不同接收端之间的信号干扰问题。

具体地，根据在无线电能传输***工作时通用的必要信息，所述通信标准具体定义的数据帧结构参见上述表1，具体为：

包头，长度为16bits，包含接收端的标识信息，所述标识信息如接收端的ID号或另设的类似信息；

关机，长度为1bit，表示负载的关机信号；

待机，长度为1bit，表示负载的待机信号；

功率加，长度为1bit，表示通知发射端增大能量发射的功率；

功率减，长度为1bit，表示通知发射端减小能量发射的功率；

当前状态，长度为3bits，表示负载当前所处状态；

下一状态，长度为3bits，表示负载下一步将转换到的工作状态；这组信息的作用是帮助发射端及时进行功率调节，避免由于负载变小而发射端调节不及时引起的接收端线圈过冲现象，或者负载变大而发射端调节不及时引起的接收端线圈电压过低等现象；

快速调整，长度为1bit，表示通知发射端加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间；

校验码，长度为1bit，用于对前述信息进行校验，以防止出现传输错误等情况。

根据所述通信标准在发射端和接收端之间建立标准的通信接口，可使不同厂家或不同类型的无线电能传输设备之间可以兼容。

较佳地，所述发射端100的控制模块103具体包括：

第一控制单元，用于当所述负载的状态信息为负载的关机信号时，发射端关断能量的传输；

第二控制单元，用于当所述负载的状态信息为负载的待机信号时，发射端将发射给接收端的能量大小调整到维持对应负载待机工作所需电能的最小值；

第三控制单元，用于当所述负载的状态信息为功率加或功率减信号时，发射端相应地增加能量发射功率或降低能量发射功率；

第四控制单元，用于当所述负载的状态信息包括快速调整信号时，发射端相应地加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间。

通过实施本发明实施例，实现了发送端与接收端之间的数据通信，使得接收端可实时将负载的状态信息反馈给发射端，发射端可准确掌握负载的状态信息并及时调整发射功率等参数，同时还实现了不同类型或不同厂家的无线电能传输设备之间的兼容性，有利于降低成本投入，为用户提供了方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实现无线电能传输***无线通信的方法，其特征在于，包括：

发射端向接收端传输电能，激活其与接收端之间的数据传输的通信通道，建立发射端与接收端的通信连接, 所述通信通道与无线电能传输***的能量传输通道彼此独立，所述通信连接的方式包括WIFI、ZIGBEE或蓝牙；

接收端获取负载的状态信息，根据预定义的通信标准将所述状态信息打包成对应的格式，并通过所述通信通道发送给发射端, 所述状态信息包括：关机、待机、功率加、功率减、当前状态、下一状态和快速调整；

所述发射端根据负载的状态信息调整发射端的工作状态。

2.根据权利要求1所述的实现无线电能传输***无线通信的方法，其特征在于，所述发射端激活其与接收端之间的数据无线传输的通信通道之前，还包括：

发射端开机初始化，检测有无接收端，当检测到有接收端时，停止检测；

发射端记录对应接收端的标识信息以激活与该标识信息对应的通信通道，发射可使接收端正常工作的最小能量给接收端。

3.根据权利要求1所述的实现无线电能传输***无线通信的方法，其特征在于，所述通信标准具体定义如下的数据帧结构：

包头，长度为16bits，包含接收端的标识信息；

关机，长度为1bit，表示负载的关机信号；

待机，长度为1bit，表示负载的待机信号；

功率加，长度为1bit，表示通知发射端增大能量发射的功率；

功率减，长度为1bit，表示通知发射端减小能量发射的功率；

当前状态，长度为3bits，表示负载当前所处状态；

下一状态，长度为3bits，表示负载下一步将转换到的工作状态；

快速调整，长度为1bit，表示通知发射端加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间；

校验码，长度为1bit，用于对所述状态信息进行校验。

4.根据权利要求1所述的实现无线电能传输***无线通信的方法，其特征在于，所述发射端根据负载的状态信息调整工作状态具体为：

当所述负载的状态信息为负载的关机信号时，发射端关断能量的传输；

当所述负载的状态信息为负载的待机信号时，发射端将发射给接收端的能量大小调整到维持对应负载待机工作所需电能的最小值；

当所述负载的状态信息为功率加或功率减信号时，发射端相应地增加能量发射功率或降低能量发射功率；

当所述负载的状态信息包括快速调整信号时，发射端相应地加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间。

5.一种实现无线电能传输***无线通信的***，包括发射端、接收端和负载，所述发射端负责发射电能给所述接收端，所述接收端负责拾取能量并稳压，并输出给负载，其特征在于，

所述发射端中包含第一通信模块，用于在发射端开始向接收端传输电能的时候，激活发射端与接收端之间的数据无线传输的通信通道，建立发射端与接收端的通信连接，以接收接收端通过无线方式发来的信息, 所述通信通道与无线电能传输***的能量传输通道彼此独立，所述通信连接的方式包括WIFI、ZIGBEE或蓝牙；

所述接收端中包含第二通信模块，与接收端电路连接，用于根据预定义的通信标准将接收端电路获取的负载的状态信息打包成对应的格式，并通过所述通信通道发送给发射端, 所述状态信息包括：关机、待机、功率加、功率减、当前状态、下一状态和快速调整；

所述发射端中还包含控制模块，用于根据负载的状态信息调整发射端的工作状态；所述控制模块与发射端电路、反馈电路和所述第一通信模块连接。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述发射端的控制模块还用于，在发射端开机初始化后，检测有无接收端，当检测到有接收端时，停止检测；记录对应接收端的标识信息以激活与该标识信息对应的通信通道，发射可使接收端正常工作的最小能量给接收端。

7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，其中，所述通信标准的定义包括如下数据帧结构：

包头，长度为16bits，包含接收端的标识信息；

关机，长度为1bit，表示负载的关机信号；

待机，长度为1bit，表示负载的待机信号；

功率加，长度为1bit，表示通知发射端增大能量发射的功率；

功率减，长度为1bit，表示通知发射端减小能量发射的功率；

当前状态，长度为3bits，表示负载当前所处状态；

下一状态，长度为3bits，表示负载下一步将转换到的工作状态；

快速调整，长度为1bit，表示通知发射端加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间；

校验码，长度为1bit，用于对所述状态信息进行校验。

8.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述发射端的控制模块具体包括：

第一控制单元，用于当所述负载的状态信息为负载的关机信号时，发射端关断能量的传输；

第二控制单元，用于当所述负载的状态信息为负载的待机信号时，发射端将发射给接收端的能量大小调整到维持对应负载待机工作所需电能的最小值；

第三控制单元，用于当所述负载的状态信息为功率加或功率减信号时，发射端相应地增加能量发射功率或降低能量发射功率；

第四控制单元，用于当所述负载的状态信息包括快速调整信号时，发射端相应地加大调整功率的步长，以减少调整功率的时间。