CN109858589A - 复合通行卡 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合通行卡，该复合通行卡，包括：通行卡本体、一次性电池、储能器件、主控电路以及无线充电电路；主控电路、一次性电池、储能器件、无线充电电路安装在通行卡本体上；主控电路，用于与路侧单元、收费站的读卡设备进行数据的传输；无线充电电路，用于接收外部无线充电器传输的电能，并将电能转化为直流电后，给储能器件充电；一次性电池，用于在无线充电电路与外部无线充电器断开，且储能器件电压低于一次性电池的额定电压时，给储能器件充电；储能器件，用于向复合通行卡中的主控电路提供电能。本发明实现了无线充电和一次性电池的复合供电方案，有效延长了复合通行卡的使用寿命。

Description

复合通行卡

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种复合通行卡。

背景技术

复合通行卡(Compound Passing Card，CPC)是高速公路上用于收费的通行卡。其可以存储车辆驶入高速公路路网入口站点、出口站点、时间、车型等相关信息，在车辆行驶过程中，接收路测单元(Road Side Unit，RSU)发送的路径信息并保存，最后在出口根据路径信息计算车辆行驶的路径以进行收费。

目前常用的CPC国标要求长宽分别是85.5*54mm，厚度不大于5mm，同时要求CPC具备低自放电能力和大电流脉冲放电能力，并且使用寿命不少于5年。依据上述要求，现有的CPC设计一般是采用一次性电池，并且通过3V一次性电池外加2.75V或者3V左右的超级电容来满足低自放电和大电流脉冲放电要求。

但是，现有的一次性电池的电池容量受自身体积的影响，且低自放电性能和大电流脉冲放电性能是互相矛盾的特性，从而在设计一次性电池时必须对两者有所舍弃，这也使得CPC卡的使用寿命很难达到5年的要求。如果使用充电电池方案，则需要经常对CPC卡进行充电，使用不便。

发明内容

本发明提供一种复合通行卡，以实现提升电池的大电流脉冲放电性能，并延长复合通行卡使用寿命。

本发明提供一种复合通行卡，包括：通行卡本体、一次性电池、储能器件、主控电路以及无线充电电路；所述主控电路、一次性电池、储能器件、无线充电电路安装在所述通行卡本体上；

所述主控电路，用于与路侧单元进行5.8GHz数据传输，以及收费站的读卡设备进行13.56MHz数据传输；

所述无线充电电路，用于接收外部工作在13.56MHz频率的无线充电器传输的电能，并将所述电能转化为直流电后，给所述储能器件充电；

所述一次性电池，用于在所述无线充电电路与外部无线充电器断开，且所述储能器件电压低于所述一次性电池的额定电压时，给所述储能器件充电；

所述储能器件，用于向所述复合通行卡中的所述主控电路提供电能。

可选地，所述储能器件的最高工作电压大于所述一次性电池的额定电压，且所述储能器件的最高工作电压与所述一次性电池的额定电压的差值在预设的范围内。

可选地，所述预设的范围是指：所述储能器件的最高允许工作电压与所述一次性电池的额定电压的差值大于等于0.7V且小于等于1.2V。

可选地，所述主控电路包括：主控模块、5.8GHz微波通信模块、13.56MHz通信模块；

所述主控模块通过5.8GHz微波通信模块与路侧单元进行数据传输，以存储路径信息；

所述13.56MHz通信模块用于与收费站的读卡设备建立通信，并将所述读卡设备录入的路径信息保存在所述存储器，或者将存储器中的路径信息发送给所述读卡设备；其中，所述路径信息包括：高速公路路网入口站点、时间、车型信息。

可选地，所述储能器件通过单向导流器件与所述一次性电池电连接，所述单向导流器件用于限定电流只可从所述一次性电池侧流向所述储能器件。

可选地，所述无线充电电路包括：耦合线圈、整流器件、稳压器件；所述耦合线圈接收外部无线充电器发送的电磁场能量，并将所述电磁场能量转换为相应的交流电；所述整流器件用于将所述交流电转化为直流电，所述稳压器件用于将所述直流电进行稳压处理，以输出额定电压的直流电。

可选地，在储能器件的工作电压为3.6V时，所述储能器件的容量大于等于1法拉，或者大于等于1毫安时。

可选地，所述一次性电池的型号为CR3032，额定电压为3.0V。

可选地，所述储能器件为电池电容器，包括：SPC2032型号的电池电容器；其中，所述电池电容器的额定最高输入电压为3.9V。

本发明提供的复合通行卡，通过储能器件给复合通行卡的主控电路的工作提供电能，并将一次性电池作为储能器件的备用电源，优先使用储能器件中存储的电能；在无线充电电路与外部无线充电器断开，且所述储能器件电压低于所述一次性电池的额定电压时，利用所述一次性电池给所述储能器件充电；从而实现了无线充电和一次性电池的复合供电方案，有效延长了复合通行卡的使用寿命。此外，储能器件相较于电容，具备更好的大电流脉冲放电性能，使得复合通行卡能够与路测单元进行稳定的数据通讯。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的复合通行卡的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的复合通行卡中主控电路的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的复合通行卡中无线充电电路的结构示意图；

图4为本发明实施例一中储能器件与一次性电池的电压关系示意图；

图5为最高耐压为3.9V的储能器件的容量与电压的关系示意图。

图中：

10-通行卡本体；

20-主控电路；

21-主控模块；

22-5.8GHz微波通信模块；

23-13.56MHz通信模块；

30-无线充电电路；

31-耦合线圈；

32-整流器件；

33-稳压器件；

40-储能器件；

50-一次性电池。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解：

1)不停车电子收费***(Electronic Toll Collection，ETC)是在收费型高速公路上，收费站通过路侧天线与车载电子标签之间的专用短程通讯，在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作的情况下，完成收费处理过程的一种全自动收费***。

2)路侧单元(Road Side Unit，RSU)，是ETC***中，安装在路侧，采用专用短程通讯技术，与车载单元进行通讯，实现车辆身份识别，电子收费的装置。

3)复合通行卡(Compound Passing Card，CPC)，是可以存储车辆驶入\驶出高速公路路网入口\出口站点、时间、车型等相关信息，并记录车辆在路网中行驶的路径信息的通行卡。

本发明提供的复合通行卡，可将无线充电供电和一次性电池供电技术进行结合使用。现有的复合通行卡，休眠时的功耗通常在0-30微安之间，一旦被路测天线唤醒进行路径识别标识，则其功耗在30-70毫安(是休眠时功耗的1千倍以上)。可见，CPC卡内部电池要有高稳定性，低自放电的特征来满足5年以上的寿命需求，同时还需要电池有强劲的脉冲放电能力，以满足CPC卡被路测天线唤醒后进行30-80毫安大电流放电进行5.8G通信。而通常情况下，电池的低自放电能力和大电流脉冲放电能力是互相矛盾的，为了降低自放电电流，就会降低脉冲放电电流性能，反之，要提高脉冲放电电流，就会增加电池自放电电流。

目前市场上的一次性电池，为了保证5年使用寿命，设计的自放电电流较小，脉冲放电能力普遍较弱。由此带来两个问题：

第一个问题是：CPC需要大电流脉冲放电时，电池强行进行大电流放电，由于电池内阻偏高，导致放电效率很低(电池内部消耗了大量的能量)。这也意味着，假设本来电池的设计容量是600mAh，但是如果总是工作在过流工况，则其实际输出给外部电路的电量可能会不到400mAh(内阻消耗掉部分能量)，从而会严重降低CPC卡的使用寿命。

第二个问题是：强行大电流放电时，一次性电池电压会被明显拉低，例如本来的额定输出电压是3.0V，如果大电流放电，则输出电压会被拉低到2.8V甚至更低，特别在低温环境下，会导致产品提前进入低电异常状态，远低于根据一次性电池容量计算出的使用寿命。

本发明提供的终端的无线应用测试方法，旨在解决现有技术的如上技术问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。

图1为本发明实施例一提供的复合通行卡的结构示意图，如图1所示，本实施例中的复合通行卡可以包括：通行卡本体10、一次性电池50、储能器件40、主控电路20以及无线充电电路30；所述主控电路20、一次性电池50、储能器件40、无线充电电路30安装在所述通行卡本体10上。

可选地，所述主控电路20，用于与路侧单元、收费站的读卡设备进行数据的传输。所述无线充电电路30，用于接收外部无线充电器传输的电能，并将所述电能转化为直流电后，给所述储能器件40充电。所述一次性电池，用于在所述无线充电电路30与外部无线充电器断开，且所述储能器件40电压低于所述一次性电池的额定电压时，给所述储能器件40充电。所述储能器件40，用于向所述复合通行卡中的所述主控电路20提供电能。

图2为本发明实施例一提供的复合通行卡中主控电路的结构示意图，如图2所示，所述主控电路包括：工作频率为13.56MHz的主控模块21、5.8GHz微波通信模块22、13.56MHz通信模块23。

所述5.8GHz微波通信模块22，用于接收路侧单元发送的5.8GHz射频数据，以存储路径信息。

所述主控模块21用于通过13.56MHz通信模块23与收费站的读卡设备建立通信，并保存所述读卡设备录入的路径信息，或者将已保存的路径信息发送给所述读卡设备；其中，所述路径信息包括：高速公路路网入口站点、时间、车型信息。

本实施例，通过储能器件给复合通行卡的主控电路的工作提供电能，并将一次性电池作为储能器件的备用电源，优先使用储能器件中存储的电能；在无线充电电路与外部无线充电器断开，且所述储能器件电压低于所述一次性电池的额定电压时，利用所述一次性电池给所述储能器件充电；从而实现了无线充电和一次性电池的复合供电方案，有效延长了复合通行卡的使用寿命。此外，储能器件相较于电容，具备更好的大电流脉冲放电性能，使得复合通行卡能够与路测单元进行稳定的数据通讯。

图4为本发明实施例一中储能器件与一次性电池的电压关系示意图，如图4所示，所述储能器件40的最高工作电压大于所述一次性电池50的额定电压，且所述储能器件40的最高工作电压与所述一次性电池50的额定电压的差值在预设的范围内。

当储能器件40的当前电压高于或者等于所述一次性电池50的额定电压时，所述储能器件40通过自身放电形式向所述复合通行卡中的所述主控电路20提供电能。

可选地，所述预设的范围是指：所述储能器件40的最高工作电压与所述一次性电池50的额定电压的差值大于等于0.7V且小于等于1.2V。以图4为例，储能器件40的外部充电存储电量为：该储能器件40从一次性电池50的额定电压V1开始直到达到该储能器件40的最高充电电压V2这段时间内所存储的电量。假设一次性电池的额定电压为3.0V，则该储能器件40的最高充电电压在3.7V到4.2V之间。

图5为最高耐压为3.9V的储能器件的容量与电压的关系示意图，如图5所示，电压为3.45V时，其存储的电量不足5mAh，从3.47V开始，随着电压升高，其容量大幅度增加。这表明电池电容器其能量密度主要集中于电压较高的范围，因此，只有让电池电容器工作于3.47V以上的区域，才能充分发挥其存储电量的作用，因此选择合理工作电压的储能器件，直接影响到产品的用电效率。

假设1：选取的储能器件最高电压过高，比如5V，那么其能量密度主要集中在4V-5V区间，选择的一次性电池为3V，***工作电压范围也在3V左右。因此外部充电电压也是3V左右的范围，比如3.7V，那么这种情况下，用3.7V的充电电路给最高额定电压为5V的电池电容器充电，电池电容器的容量使用率会非常低下，不能发挥电池电容器存储电量的作用，因此也就无法充分利用外部充电。

假设2：选取的储能器件最高电压过低，比如3.5V，选择的一次性电池为3V，这种情况下，由于储能器件的最高允许电压只有3.5V，对于外部充电电路来说，充电电压不可能设置到3.5V这么高(需要留安全余量)。假设充电电压设计成3.3V，那么外部充电电路的电压范围只有3.3V-3.0V这个范围。电压范围窄意味着存储的电量少(相同能量密度的前提下)。作为外部充电的储能器，没有存储足够多的电量，也就无法充分发挥外部充电的优势。

从图5可以看出，如果选择的储能器件最高充电电压太高(超过一次性电池额定电压1.2V以上)，则无法充分利用储能器件的容量。如果选择的储能器件最高充电电压太低(低于一次性电池额定电压+0.7V以下)，则无法充分利用外部充电的优先供电优势。

需要说明的是，选择的储能器件最高充电电压太高，并不代表一定不能利用高电压范围内的容量。如果要利用高电压区间的容量，就要增加电路的复杂度，需要增加降压芯片(降压电路)。将储能器件高电压区间的电量通过降压电路降低到***可用的电压范围。

进一步地，为了保证储能器件的充电效率，对储能器件的容量也有一定要求，储能器件的容量不能过小，否则无法体现外部充电存储电量的优势。根据经验，储能器件的容量不能小于1法拉或者1毫安时(假设以3.6V计)。

具体的，额定电压3.0V的CR3032一次性电池(作为备用电源)，搭配额定最高输入电压3.9V的SPC2032储能器件。SPC2032充电至3.7V时，大约有6mAh的容量。如果进行外部充电，则可以在几个小时内将电压充电至3.7V(其最高允许电压3.9V，但是充电电压最好低于厂家规定的最高值，否则容易出现寿命缩短甚至安全系数降低的隐患)。

在SPC2032储能器件的电压位于3.7V至3.0V放电区间时，不会耗费后备电源CR3032的电量。如果长期没有进行充电，则储能器件SPC2032电压最终会降至2.95V-3.0V左右(SPC2032低于3.0V，CR3032会对SPC2032充电，SPC2032的电压会在CR3032充电和***耗电之间取得平衡)。

进一步地，可以通过单向二极管来限制CR3032与SPC2032之间的电流方向。由于单向二极管的存在，在小电流时，存在0.05V左右压降，实际电压略低于3.0V，大约2.95V。由于储能器件SPC2032具有较强的脉冲放电能力，可以提供足够电流，以维持复合通行卡与路侧RSU之间的通信。避免传统CPC卡中，一次性电池大电流放电效率低的问题，使得CR3032始终以较小的电流对SPC2032缓冲，提高CR3032使用效率。

本实施例，通过将一次性电池作为储能器件的备用电源，优先使用储能器件中存储的电能；在无线充电电路与外部无线充电器进行电能传输时，通过设置充电电压的值来提高储能器件储能电量的能力。

图3为本发明实施例一提供的复合通行卡中无线充电电路的结构示意图，如图3所示，所述无线充电电路包括：耦合线圈31、整流器件32、稳压器件33；所述耦合线圈31接收外部无线充电器发送的电磁场能量，并将所述电磁场能量转换为相应的交流电；所述整流器件32用于将所述交流电转化为直流电，所述稳压器件33用于将所述直流电进行稳压处理，以输出额定电压的直流电。

本实施例中，通过无线方式对复合通行卡中的储能器件进行充电，利用外部无线充电器向无线充电电路发送电磁波；无线充电电路中的耦合线圈31感应电磁波后形成相应的交流电，再通过整流和稳压处理，得到额定电压的直流电。由于采用无线充电方式，因此无需设置充电接口，仍然采用密封保存，确保了CPC卡的防水性能。

本实施例，通过增加与外部无线充电器进行电能传输的无线充电通道，从而实现了以无线方式给储能器件充电，使得一次性电池成为储能器件的备用电源，大大延长了CPC卡使用寿命。另外，在没有外部供电的情况下，储能器件作为后备电源的超级电容使用，给后续电路提供脉冲电流，大大缓解后备电源不能大电流脉冲放电的缺陷。

与现有的CPC卡相比，本实施例中的复合通行卡可以最大限度延长产品寿命，将一次性电池作为备用电池，因此保证复合通行卡在长期未充电情况下，也能够正常使用。本实施例总是优先使用储能器件中存储的电能，因此可以一定程度上延长产品寿命，减少一次性电池的损耗。在没有充电时，储能器件作为后备电源一次性电池的脉冲放电保护使用，使得复合通行卡的内部电路更加安全可靠。

综上所述，本实施例提供的供电方案可以降低复合通行卡的使用条件限制：

1)在具备能够经常进行外部充电的条件时，由于一次性电池仅作为备用电池，通过储能器件充电时获取的电能给主控电路供电，从而可以最大限度延长产品寿命。

2)在不具备经过能够进行外部充电的条件时，若储能器件的电压低于一次性电池的额定电压，则可以通过一次性电池对所述储能器件进行供电，因此也在一定程度上延长产品寿命，减少了一次性电池的损耗。

3)在没有充电时，所述储能器件还可以作为一次性电池的脉冲放电保护，提升一次性电池的可靠性。

本实施例中的复合通行卡，适用范围广，无论是否具备外部充电应用环境，均可以良好适应，提高产品竞争力。

需要说明的是，本实施例中提供的复合通行卡不增加传统CPC卡硬件电路的复杂度，因此可以在兼顾成本的同时，有效提升复合通行卡的性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种复合通行卡，其特征在于，包括：通行卡本体、一次性电池、储能器件、主控电路以及无线充电电路；所述主控电路、一次性电池、储能器件、无线充电电路安装在所述通行卡本体上；

所述主控电路，用于与路侧单元进行5.8GHz数据传输，以及与收费站的读卡设备进行13.56MHz数据传输；

所述无线充电电路，用于接收外部工作在13.56MHz频率的无线充电器传输的电能，并将所述电能转化为直流电后，给所述储能器件充电；

所述一次性电池，用于在所述无线充电电路与外部无线充电器断开，且所述储能器件电压低于所述一次性电池的额定电压时，给所述储能器件充电；

所述储能器件，用于向所述复合通行卡中的所述主控电路提供电能。

2.根据权利要求1所述的复合通行卡，其特征在于，所述储能器件的最高工作电压大于所述一次性电池的额定电压，且所述储能器件的最高工作电压与所述一次性电池的额定电压的差值在预设的范围内。

3.根据权利要求2所述的复合通行卡，其特征在于，所述预设的范围是指：所述储能器件的最高允许工作电压与所述一次性电池的额定电压的差值大于等于0.7V且小于等于1.2V。

4.根据权利要求1所述的复合通行卡，其特征在于，所述主控电路包括：主控模块、5.8GHz微波通信模块、13.56MHz通信模块；

所述主控模块通过5.8GHz微波通信模块与路侧单元进行数据传输，以存储路径信息；所述13.56MHz通信模块用于与收费站的读卡设备建立通信，并将所述读卡设备录入的路径信息保存在所述存储器，或者将存储器中的路径信息发送给所述读卡设备；其中，所述路径信息包括：高速公路路网入口站点、时间、车型信息。

5.根据权利要求1所述的复合通行卡，其特征在于，所述储能器件通过单向导流器件与所述一次性电池电连接，所述单向导流器件用于限定电流只可从所述一次性电池侧流向所述储能器件。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的复合通行卡，其特征在于，所述无线充电电路包括：耦合线圈、整流器件、稳压器件；所述耦合线圈接收外部无线充电器发送的电磁场能量，并将所述电磁场能量转换为相应的交流电；所述整流器件用于将所述交流电转化为直流电，所述稳压器件用于将所述直流电进行稳压处理，以输出额定电压的直流电。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的复合通行卡，其特征在于，在储能器件的最高工作电压为3.6V时，所述储能器件的容量大于等于1法拉，或者大于等于1毫安时。

8.根据权利要求1所述的复合通行卡，其特征在于，所述一次性电池的型号为CR3032，额定电压为3.0V。

9.根据权利要求8所述的复合通行卡，其特征在于，所述储能器件为电池电容器，包括：SPC2032型号的电池电容器；其中，所述电池电容器的额定最高输入电压为3.9V。