專利名稱：一種車載無線充電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于汽車無線充電技術領域，更具體涉及一種車載無線充電裝置，特別適 用于汽車內的無線充電和通訊系統(tǒng)。
背景技術：
人們可能攜帶不同的個人電子設備(如PDA，MP3，MP4，筆記本電腦或手機)，這些 便攜式的電子設備有著不同的功能，比如通訊，信息儲存，信息檢索以及娛樂。因為這些設 備都是便攜式的，它們經常會被放置在車里或在車里使用。由于此類設備基本上是電池供 電，因此經常會出現(xiàn)沒電的情況。現(xiàn)在已經有用于這些設備的車載充電裝置，但是每個設備通常都有自己特有的充 電器。然而這些充電器經常使得車內變得雜亂不堪，因為它們通常需要通過點煙器插在12 伏直流電源上，并且不能同時給多個設備充電。因此此類傳統(tǒng)的充電器當有多個設備需要 在車內充電時就變得很不實用了?，F(xiàn)有的技術現(xiàn)階段雖然已近存在手機無線充電裝置，但 仍為發(fā)現(xiàn)在汽車內部的無線充電裝置。并且某款手機的無線充電裝置，也只是針對該款手 機，并不具備普遍性。因此，在汽車內部一個既能為各種便攜式設備提供數(shù)據(jù)接口，又能為這些設備提 供充電的裝置是迫切需要的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種車載無線充電裝置(處于汽車內部的無線充電 裝置)，結構簡單，充電方便，成本低廉，實現(xiàn)簡單、安全、可靠。通過車內直流電源給該裝置 提供電能，從而通過該裝置中的初級線圈與移動設備耦合連接，充電效果非常好，而且充電 功率和電壓可調，適應各種不同的移動通信設備。為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用的技術措施是處于汽車內部的無線充電裝置，它包括第一汽車數(shù)據(jù)總線、第二汽車數(shù)據(jù)總線、 網關控制器、格子架(即充電區(qū)域)、初級線圈、無線供電系統(tǒng)、收發(fā)器、通訊接口、控制器、 功率調節(jié)器、逆變器、儲能電路、電路傳感器、存儲器、驅動電路。其連接關系是車載無線充 電裝置中的初級線圈分別與無線供電系統(tǒng)、移動設備耦合連接；同時車載無線充電裝置中 的通訊接口分別與第二汽車數(shù)據(jù)總線、通訊控制器連接，通訊接口與一個或多個移動設備 耦合連接；該車載無線充電裝置中的控制器分別與通訊控制器、存儲器、功率調節(jié)器相連， 同時該控制器還分別與驅動電路、收發(fā)器、電路傳感器、儲能電路中的可變電感線圈以及可 變電容器耦合連接；另外該裝置中的逆變器分別與儲能電路、功率調節(jié)器連接，功率調節(jié)器 和外部直流電源連接。所述的車載無線充電裝置7包括一個格子架，初級線圈放置在格子架的邊緣上， 初級線圈與無線供電系統(tǒng)連接，無線供電系統(tǒng)分別與直流電源、第二汽車數(shù)據(jù)總線相連。所述的移動設備與控制器、收發(fā)器耦合連接，無線供電系統(tǒng)分別與控制器、功率調節(jié)器相連。所述的通訊接口分別與收發(fā)器、第二汽車數(shù)據(jù)總線相連，控制器分別與第二汽車 數(shù)據(jù)總線、功率調節(jié)器相連，功率調節(jié)器分別與直流電源、無線供電系統(tǒng)、控制器相連。放置在車載無線充電裝置里的移動設備會因為自身的重量一直保持在該區(qū)域里。 該車載無線充電裝置的邊緣是一個初級線圈。這個初級線圈和一個無線供電系統(tǒng)連接，該 無線供電系統(tǒng)通過直流電源供電。同時無線供電系統(tǒng)也和第二汽車數(shù)據(jù)總線連接。因此當 任意一種便攜式電子設備被放置在格子架里時，該設備可以被車載無線充電裝置充電，也 可以和第二汽車數(shù)據(jù)總線通訊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和效果本發(fā)明的優(yōu)點該套裝置以及使用的連接方法可行性強，性能穩(wěn)定，成本低，安全 系數(shù)高，并能通過巧妙的設計有效的避免了在緊急卻又沒有交流電源的情況下，一些應急 移動設備突然沒有電的情況。并且可以針對不同型號、不同類型的移動設備進行無線充電， 從而從根本上保證了移動設備在汽車內的供電，結構簡單，可行性高，成本低，有很大的商 業(yè)實用價值。根據(jù)該無線充電裝置，特此找來一款手機，其電池型號為JCL-5585A，電池容量為 1750mAh，標稱電壓為3. 7V，充電限制電壓為4. 2V的電池進行充電實驗，其充電曲線見圖7。 圖7為鋰電池在充電過程中電流電壓隨時間變化的曲線圖。該曲線中不同階段的部分實驗數(shù)據(jù)如圖7所示


圖1為一種汽車內部的兩個并口數(shù)據(jù)網絡示意2為一種車載無線充電裝置應用在汽車內部的操作平臺上示意3為一種車載無線充電裝置的剖視4為一種車載無線充電裝置應用在車內后門的扶手內示意5為一種車載無線充電裝置的控制圖解示意6為一種車載無線充電裝置與多個移動設備同時充電的詳細圖解示意圖
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圖7為一種鋰電池充電曲線圖其中1_第一汽車數(shù)據(jù)總線 2-第二汽車數(shù)據(jù)總線 3-掌上電腦 4-手機 5-MP3 6-網關控制器(Altera FPGA EP3C40) 7-車載無線充電裝置 8-汽車內部的 操作平臺 9-格子架 10-初級線圈 11-直流電源(MD70-2412) 12-無線供電系統(tǒng) 13-車內后門的扶手14-扶手槽15-移動設備(手機、MP3、掌上電腦或掌上游戲機等， 放置在無線充電裝置中即可，這些移動設備會與該裝置耦合連接)16-收發(fā)器(DM9161AEP) 17-通訊接口 18-控制器(S9C2410) 19-功率調節(jié)器(LMl 117-3. 3) 20-第一移動設 備(手機、MP3、掌上電腦或掌上游戲機等，放置在無線充電裝置中即可，這些移動設備會與 該裝置耦合連接)21-第二移動設備(手機、MP3、掌上電腦或掌上游戲機等，放置在無線 充電裝置中即可，這些移動設備會與該裝置耦合連接)22-第三移動設備(手機、MP3、 掌上電腦或掌上游戲機等，放置在無線充電裝置中即可，這些移動設備會與該裝置耦合連 接)23-逆變器(DC-AC-DC) 24-儲能電路(主要包括一個普通可變電容(即法拉電 容)、一個普通可變電感和一個初級線圈；其作用是當直流電源短時間停止供電時，可提供 1-2 分鐘的電能)25-電路傳感器(AD7705) 26-存儲器(SDRAM :M7482C4M32B2TG ；NAND K9F1208) 27-驅動電路(主要包括隔離光耦6附37和橋驅動芯片IK2110 ；其作用為調 節(jié)逆變器，)28-可變電感線圈29-可變電容器30-通訊控制器(SIM300)。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述一種車載無線充電裝置，它包括第一汽車數(shù)據(jù)總線1、第二汽車數(shù)據(jù)總線2、網關 控制器6、格子架9(即充電區(qū)域)、初級線圈10、無線供電系統(tǒng)12、收發(fā)器16、通訊接口 17、控制器18、功率調節(jié)器19、逆變器23、儲能電路24、電路傳感器25、存儲器26、驅動電路 27。其連接關系是車載無線充電裝置7中的初級線圈10分別與無線供電系統(tǒng)12、移動設 備15耦合連接；初級線圈10分別與第一移動設備20、第二移動設備21、第三移動設備22 耦合連接，同時車載無線充電裝置7中的通訊接口 17分別與第二汽車數(shù)據(jù)總線2、通訊控制 器30連接，通訊接口 17分別與第一移動設備20、第二移動設備21、第三移動設備22耦合 連接；該車載無線充電裝置7中的控制器18分別與通訊控制器17、存儲器26、功率調節(jié)器 19相連，同時該控制器18還分別與驅動電路27、收發(fā)器16、電路傳感器25、儲能電路27中 的可變電感線圈28以及可變電容器29耦合連接；另外該裝置中的逆變器23分別與儲能電 路24、功率調節(jié)器19連接，功率調節(jié)器19和外部直流電源11連接。根據(jù)圖1可知，它由第一汽車數(shù)據(jù)總線1、第二汽車數(shù)據(jù)總線2、掌上電腦3、手機 4、ΜΡ35、網關控制器6組成，在汽車的內部有兩個并口數(shù)據(jù)網絡。第一網絡是第一汽車數(shù)據(jù) 總線1。第一汽車數(shù)據(jù)總線1是一種汽車網絡控制器。汽車總線是一種保持汽車內部各種 控制器之間通訊的低速數(shù)據(jù)總線。第二網絡是第二汽車數(shù)據(jù)總線2。第二汽車數(shù)據(jù)總線2 保持車內一個或多個移動設備之間的通訊。第二汽車數(shù)據(jù)總線2分別與和掌上電腦3、手 機4、ΜΡ35或移動娛樂設備連接。網關控制器(6)管理著第一汽車數(shù)據(jù)總線1和第二汽車 數(shù)據(jù)總線2之間的通訊。這些數(shù)據(jù)可以是加密的聲音和圖像信息。根據(jù)圖2可知，一種車載無線充電裝置7安裝在汽車內部的操作平臺8上。手機 4和ΜΡ35放置在車載無線充電裝置7上進行充電，同時，手機4、ΜΡ35等移動設備還可以接入到第二汽車數(shù)據(jù)總線2，保持兩者之間的通訊。根據(jù)圖3可知，它由車載無線充電裝置7、格子架9、初級線圈10、直流電源11、無 線供電系統(tǒng)12、第二汽車數(shù)據(jù)總線2組成，其連接關系是該車載無線充電裝置7包括一個 格子架9，放置在格子架9里的移動設備會因為自身的重量一直保持在該區(qū)域里。初級線 圈10放置在格子架9的邊緣上，這個初級線圈10與無線供電系統(tǒng)12連接，同時該無線供 電系統(tǒng)12還分別與直流電源11、第二汽車數(shù)據(jù)總線2相連，該無線供電系統(tǒng)12通過直流電 源11供電。因此當任意一種便攜式電子設備被放置在格子架9里時，該設備可以被車載無 線充電裝置7充電，也可以和第二汽車數(shù)據(jù)總線2通訊。根據(jù)圖4可知，它由車載無線充電裝置7、扶手13、扶手槽14組成，車載無線充電 裝置7放置在車內后門的扶手13內，初級線圈10放在車內后門的扶手13邊緣內。移動設 備裝在扶手槽14內。被放置在扶手槽14里的移動設備可以被車載無線充電裝置7充電， 以及和第二汽車數(shù)據(jù)總線2通訊。很多在初級線圈10附近的地方都可以用來放置移動設備。根據(jù)圖5可知，圖5是一個基本的車載無線充電裝置(7)的控制圖解。它由第二 汽車數(shù)據(jù)總線2、初級線圈10、直流電源11、無線供電系統(tǒng)12、移動設備15、收發(fā)器16、通訊 接口 17、控制器18、功率調節(jié)器19組成，其連接關系是初級線圈10分別與移動設備15、無 線供電系統(tǒng)12耦合相連，移動設備15與控制器18相連，同時移動設備15與收發(fā)器16耦 合連接、無線供電系統(tǒng)12分別與控制器18、功率調節(jié)器19相連，通訊接口 17分別與收發(fā)器 16、第二汽車數(shù)據(jù)總線2相連，控制器18分別與第二汽車數(shù)據(jù)總線2、功率調節(jié)器19相連， 功率調節(jié)器19分別與直流電源11、無線供電系統(tǒng)12、控制器18相連。移動設備15與無線 供電系統(tǒng)12通過格子架9里初級線圈10產生電感耦合連接，此時移動設備15被無線供電 系統(tǒng)12充電。同時，該移動設備15和收發(fā)器16耦合連接。收發(fā)器16可以直接和移動設 備15通訊。通訊接口 17通過收發(fā)器16負責移動設備15和第二汽車數(shù)據(jù)總線2之間的通 訊。比如通訊接口 17可以分配IP地址給移動設備15或者是第二汽車數(shù)據(jù)總線2要求的 其他的一些協(xié)議。通訊接口 17可以控制、建立或者監(jiān)控第二汽車數(shù)據(jù)總線2和移動設備15 或不同協(xié)議和通訊層之間的傳輸速率?？刂破?8是可選的。如果有的話，它可以控制移動 設備15和第二汽車數(shù)據(jù)總線2之間的通訊?？刂破?8也可以通過無線供電系統(tǒng)12控制 給移動設備15的供電功率。同時控制器18還能控制功率調節(jié)器19，功率調節(jié)器19可以調 節(jié)從直流電源11接受到的電能，提供給無線供電系統(tǒng)12，無線供電系統(tǒng)12既可以是數(shù)字 的，也可以是模擬的。根據(jù)圖6可知，圖6是車載無線充電裝置7與多個移動設備同時充電的詳細圖解。 它包括車載無線充電裝置7、第一移動設備20、第二移動設備21、第三移動設備22、第二汽 車數(shù)據(jù)總線2、直流電源11。其中車載無線充電裝置7它由初級線圈10、收發(fā)器16、通訊接 口 17、控制器18、功率調節(jié)器19、逆變器23、儲能電路24、電路傳感器25、存儲器26、驅動電 路27、通訊控制器30組成，其連接關系是車載無線充電裝置7中的初級線圈10分別與第 一移動設備20、第二移動設備21、第三移動設備22耦合連接，車載無線充電裝置7中的通 訊接口 17分別與第一移動設備20、第二移動設備21、第三移動設備22耦合連接，通訊接口 17分別與第二汽車數(shù)據(jù)總線2、通訊控制器30連接，控制器18分別與通訊控制器30、存儲 器26、功率調節(jié)器19相連，同時控制器18還與驅動電路27、收發(fā)器16、電路傳感器25、儲能電路24中的可變電感線圈28、儲能電路24中的可變電容器29耦合連接，逆變器23分別 與儲能電路24、功率調節(jié)器19連接，功率調節(jié)器19和外部直流電源11連接。直流電源11 給車載無線充電裝置7提供電能。直流電源11由汽車提供，通常為12伏左右。功率調節(jié) 器19控制直流電源11提供的通往逆變器23的電壓和電流。逆變器23把直流電轉化成交 流電。實際上逆變器23扮演的是給儲能電路24供電的交流電源的角色。儲能電路24是 一個共振電路，它通過初級線圈10和第一移動設備20、第二移動設備21、第三移動設備22 的次級線圈電感耦合。初級線圈10和第一移動設備20、第二移動設備21、第三移動設備22 的次級線圈都屬于無心線圈。初級線圈10在車載無線充電裝置7的邊緣上。電路傳感器 25和儲能電路24的輸出端耦合連接，并同時和控制器18耦合連接。電路傳感器25提供關 于逆變器23和儲能電路24的相關參數(shù)。比如，電路傳感器25可以是一個電流傳感器，提 供關于儲能電路24電流的相位，頻率以及振幅的信息?？刂破?8可以是市場上存在的大 多數(shù)不同的微處理器，例如換個型號，如ATmegal6L，或其他的一些微處理器。控制器18在 芯片上有一個ROM和RAM，有一系列的模擬和數(shù)字輸出端來控制車載無線充電裝置7的各種 功能?？刂破?8的各項功能可以由微處理器和記憶芯片來完成?？刂破?8和存儲器26 連接，也和驅動電路27耦合連接。驅動電路27起調節(jié)逆變器23的作用，比如逆變器23的 時間和頻率?？刂破?8也和功率調節(jié)器19耦合連接，它可以控制功率調節(jié)器19的輸出電 壓。眾所周知，通過改變功率調節(jié)器19的主電壓，可以改變逆變器23的輸出振幅。最后， 控制器18和儲能電路24中的可變電感線圈28以及可變電容器29耦合連接?？刂破?8 可以修改可變電感線圈28的電感值和可變電容器29的電容值。通過修改這些參數(shù)來改變 儲能電路24的共振頻率。儲能電路24有第一共振頻率和第二共振頻率。它也可以有多個 共振頻率。在此處共振頻率指的是一系列可以使儲能電路24產生共振的頻率。眾所周知， 一個儲能電路有一個共振頻率，但在共振頻率的周圍的范圍內也可能有其他使它產生共振 的頻率。儲能電路24至少有一個可變的阻抗元素。改變可變阻抗，可以改變儲能電路的共 振頻率?？勺冏杩乖乜梢允强勺冸姼?8或可變電容29或兩者都是?？勺冸姼衅?8可 以是一個可控變量電感，一個壓縮可變電感，并行層壓核心變量電感，串行電感以及放置到 儲能電路24上的固定電感選擇開關，或是其他一些可控可變電感?？勺冸娙萜?9可以是 開關電容陣列，串行電容以及放置到儲能電路24上的固定電容選擇開關，或是其他可控可 變電容。儲能電路24包括初級線圈10。初級線圈10和可變電感器28是分開的。但有時 候兩者也可以結合成一個單獨的組件。儲能電路24是一個串行諧振電路，當然也可以是一 個并行諧振電路。電源收發(fā)器16也是耦合連接在控制器上的。它可以是一個簡單信息收 發(fā)器16，而沒必要是一個雙通道通訊的設備。電源收發(fā)器16和不同的第一移動設備20、第 二移動設備21、第三移動設備22通信。顯然更多的設備可以用于此系統(tǒng)。車載無線充電裝 置7也有連接第二汽車數(shù)據(jù)總線2的通訊接口 17。通訊接口 17管理第二汽車數(shù)據(jù)總線2 和第一移動設備20、第二移動設備21、第三移動設備22之間的通訊。通訊接口 17也承擔 了轉換通訊協(xié)議和非第一移動設備20、第二移動設備21、第三移動設備22分配網絡地址的 任務。車載無線充電裝置7有一個通訊控制器30。通訊控制器30負責數(shù)據(jù)通過通訊接口 17。通訊控制器30也負責編碼轉換，協(xié)議轉換，緩沖，數(shù)據(jù)壓縮，錯誤檢索，同步和通道選擇 以及收集管理信息的任務。通訊控制器30建立第一移動設備20、第二移動設備21、第三移 動設備22和第二汽車數(shù)據(jù)總線2或其他與第二汽車數(shù)據(jù)總線2耦合連接的設備之間的通信會話。通訊控制器30也可以是一個字體高端通信處理器。在控制器18的能力范圍內， 通訊管理器30也可以是一個運行在控制器18上的軟件模塊。 根據(jù)圖7可知，圖7是該車載無線充電裝置對型號為JCL-5585A的鋰電池充電曲 線圖。通過對該電池連續(xù)充電30分鐘，其實驗結果顯示已充電量達到滿額電量的78%，并 且不存在像現(xiàn)有充電器接口與插頭的頻繁插拔而導致的接觸不良、氧化、斷線等充電器的 常見故障，使充電效果更為可靠。因此，無論是手機、mp3或其他移動設備，都能達到安全、 高效的充電效果。
權利要求
一種車載無線充電裝置，它包括第二汽車數(shù)據(jù)總線(2)、初級線圈(10)、無線供電系統(tǒng)(12)、收發(fā)器(16)、通訊接口(17)、(控制器18)、儲能電路(24)、電路傳感器(25)、存儲器(26)、驅動電路(27)，其特征在于車載無線充電裝置(7)中的初級線圈(10)分別與無線供電系統(tǒng)(12)、移動設備(15)耦合連接；初級線圈(10)分別與第一移動設備(20)、第二移動設備(21)、第三移動設備(22)耦合連接，車載無線充電裝置(7)中的通訊接口(17)分別與第二汽車數(shù)據(jù)總線(2)、通訊控制器(30)連接，通訊接口(17)分別與第一移動設備(20)、第二移動設備(21)、第三移動設備(22)耦合連接；車載無線充電裝置(7)中的控制器(18)分別與通訊控制器(17)、存儲器(26)、功率調節(jié)器(19)相連，控制器(18)分別與與驅動電路(27)、收發(fā)器(16)、電路傳感器(25)、儲能電路(27)中的可變電感線圈(28)及可變電容器(29)耦合連接；裝置中的逆變器(23)分別與儲能電路(24)、功率調節(jié)器(19)連接，功率調節(jié)器(19)和外部直流電源(11)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種車載無線充電裝置，其特征在于所述的車載無線充電 裝置(7)包括一個格子架(9)，初級線圈(10)放置在格子架(9)的邊緣上，初級線圈(10) 與無線供電系統(tǒng)(12)連接，無線供電系統(tǒng)(12)分別與直流電源(11)、第二汽車數(shù)據(jù)總線 ⑵相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種車載無線充電裝置，其特征在于所述的移動設備(15) 與控制器(18)相連，移動設備(15)與收發(fā)器(16)耦合連接、無線供電系統(tǒng)(12)分別與控 制器(18)、功率調節(jié)器(19)相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種車載無線充電裝置，其特征在于所述的通訊接口(17) 分別與收發(fā)器(16)、第二汽車數(shù)據(jù)總線(2)相連，控制器(18)分別與第二汽車數(shù)據(jù)總線 (2)、功率調節(jié)器(19)相連，功率調節(jié)器(19)分別與直流電源(11)、無線供電系統(tǒng)(12)、控 制器(18)相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種車載無線充電裝置，其特征在于所述的第二汽車數(shù)據(jù) 總線(2)分別與和掌上電腦(3)、手機(4)、MP3(5)連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種車載無線充電裝置，其特征在于所述的車載無線充電 裝置⑵安裝在汽車內部的操作平臺⑶上和后車門扶手內(13)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車載無線充電裝置，車載無線充電裝置中的初級線圈分別與無線供電系統(tǒng)、移動設備耦合連接；同時車載無線充電裝置中的通訊接口分別與第二汽車數(shù)據(jù)總線、通訊控制器連接，通訊接口分別與移動設備耦合連接；該車載無線充電裝置中的控制器分別與通訊控制器、存儲器、功率調節(jié)器相連，同時該控制器還分別與驅動電路、收發(fā)器、電路傳感器、儲能電路中的可變電感線圈以及可變電容器耦合連接；另外該裝置中的逆變器分別與儲能電路、功率調節(jié)器連接，功率調節(jié)器和外部直流電源連接。結構簡單，充電方便，成本低廉，實現(xiàn)簡單、安全、可靠。充電效果好，充電功率和電壓可調，適應各種不同的移動通信設備。
文檔編號H02J17/00GK101902062SQ20101025108
公開日2010年12月1日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權日2010年8月6日
發(fā)明者張東華, 梁曦, 賀智軼 申請人:武漢中原電子集團有限公司