基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線充電技術(shù)，特別是一種基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線充電技術(shù)源于無線電力輸送技術(shù)，其利用電磁耦合，供電設(shè)備將電能傳輸至 用電裝置，該裝置利用接受到的能量為電池充電同時供其本身運作。相比與有線充電技術(shù)， 其能量傳輸不需要配電線路，因此非常適合對移動設(shè)備進(jìn)行電力供應(yīng)。隨著電動汽車以及 移動機(jī)器人等的發(fā)展，無線充電的需求越來越大。無線充電技術(shù)的實現(xiàn)方式主要有電磁感 應(yīng)式充電，無線電波式充電以及磁共振式充電。電磁感應(yīng)式充電原理類似于變壓器原理，初 級線圈通以一定頻率的交流電，利用電磁感應(yīng)原理在次級線圈能產(chǎn)生一定的電流，這種技 術(shù)的空間傳遞的距離非常短（mm級）而且傳輸效率較低。無線電波式充電技術(shù)已經(jīng)是發(fā) 展較為成熟的技術(shù)，類似于早期使用的礦石收音機(jī)，主要由微波發(fā)射裝置和微波接收裝置 組成，可以捕捉到從墻壁彈回的無線電波能量，在隨負(fù)載調(diào)整的同時保持穩(wěn)定的直流電壓。 磁共振式充電系統(tǒng)由能量發(fā)送裝置，和能量接收裝置組成，當(dāng)兩個裝置調(diào)整到相同頻率，或 者說在一個特定的頻率上共振，它們就可以交換彼此的能量，是目前正在研宄的一種技術(shù)， 2007年麻省理工學(xué)院（MIT)的研宄團(tuán)隊利用該技術(shù)點亮了兩米外的一盞60瓦燈泡，相比于 電磁感應(yīng)式充電，其傳輸距離以及效率都有明顯增加，為無線充電技術(shù)以及無線電力輸送 技術(shù)開辟了新的方向。
[0003] 無線充電系統(tǒng)面向多個用電單位，但是其沒有配電線路來定義合法授權(quán)的用電單 位，其電能傳輸?shù)陌踩珯C(jī)制有待開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的空白，本發(fā)明提供一種基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系 統(tǒng)，其目的是實現(xiàn)對被授權(quán)用電單位的無線電力供應(yīng)，同時未被授權(quán)的用電單位不能獲得 有效的電力供應(yīng)。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)， 其中：該系統(tǒng)包括有電力供應(yīng)單元、用電單位，所述電力供應(yīng)單元包括有相互連接的電力供 應(yīng)電路、基于混沌函數(shù)的密鑰生成單元、供電單元的無線通訊單元，所述用電單位包括有相 互連接的諧振單元、電力接收單元、用電單位的無線通訊單元、密鑰解碼單元、電容調(diào)節(jié)單 J1_1〇
[0006] 所述電力供應(yīng)單元與用電單位通過電力供應(yīng)電路、諧振單元與電力接收單元之間 的電磁耦合連接進(jìn)行能量的傳遞。
[0007] 所述電力供應(yīng)單元與用電單位通過供電單元的無線通訊單元與用電單位的無線 通訊單元之間的無線通訊連接進(jìn)行請求信號與密鑰信息的傳遞。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出的基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng) 可以實現(xiàn)對被授權(quán)用電單位的無線電力供應(yīng)，同時未被授權(quán)的用電單位不能獲得有效的電 力供應(yīng)?？s減規(guī)模的實驗結(jié)果為：實驗中被授權(quán)的用電單位獲得的供應(yīng)電壓穩(wěn)定在10V左 右，而實驗中未被授權(quán)的用電單位獲得的供應(yīng)電壓接近0V。結(jié)果表明本發(fā)明提出的基于能 量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)可以實現(xiàn)磁共振耦合式無線充電的能量加密，有效提 高了無線充電的安全性。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明所提出的基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0010] 圖2為高斯映射的分叉圖；
[0011] 圖3-1、圖3-2為縮減規(guī)模實驗所得的結(jié)果圖。
[0012] 1、電力供應(yīng)單元2、用電單位3、電力供應(yīng)電路4、諧振單元5、電力接收單元6、基于 混沌函數(shù)的密鑰生成單元7、供電單元的無線通訊單元8、DC/AC變換器9、用電單位的無線 通訊單元10、密鑰解碼單元11、電容調(diào)節(jié)單元12、實驗中授權(quán)用電單位的電壓波形13、實驗 中未授權(quán)用電單位的電壓波形
【具體實施方式】
[0013] 結(jié)合附圖對本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描 述。
[0014] 本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)的創(chuàng)新點在于利用磁共振 耦合無線充電的頻率敏感性，應(yīng)用混沌函數(shù)生成密鑰實現(xiàn)不可預(yù)測的頻率調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn) 了對無線充電的能量加密。
[0015] 本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有電力供應(yīng)單 元1、用電單位2,所述電力供應(yīng)單元1包括有相互連接的電力供應(yīng)電路3、基于混沌函數(shù)的 密鑰生成單元6、供電單元的無線通訊單元7,所述用電單位2包括有相互連接的諧振單元 4、電力接收單元5、用電單位的無線通訊單元9、密鑰解碼單元10、電容調(diào)節(jié)單元11。
[0016] 所述電力供應(yīng)單元1與用電單位2通過電力供應(yīng)電路3、諧振單元4與電力接收單 元5之間的電磁耦合連接進(jìn)行能量的傳遞。
[0017] 所述電力供應(yīng)單元1與用電單位2通過供電單元的無線通訊單元7與用電單位的 無線通訊單元9之間的無線通訊連接進(jìn)行請求信號與密鑰信息的傳遞。
[0018] 所述電力供應(yīng)單元1包括有相互連接的電力供應(yīng)電路3、基于混沌函數(shù)的密鑰生 成單元6以及供電單元的無線通訊單元7,所述基于混純函數(shù)的密鑰生成單元6通過混純函 數(shù)生成密鑰，并將生成的密鑰傳輸給供電單元的無線通訊單元7,同時基于混沌函數(shù)的密鑰 生成單元6將密鑰傳送給電力供應(yīng)電路3的DC/AC變換器8,DC/AC變換器8將電力供應(yīng)電 路3的開關(guān)頻率調(diào)整至密鑰對應(yīng)的頻率。
[0019] 所述用電單位2包括有相互連接諧振單元4、電力接收單元5、用電單位的無線通 訊單元9、密鑰解碼單元10以及電容調(diào)節(jié)單元11，用電單位的無線通訊單元9將從電力供 應(yīng)單元1所接受的密鑰傳送給密鑰解碼單元10,密鑰解碼單元10根據(jù)所得密鑰解碼出電力 供應(yīng)電路3的開關(guān)頻率，并傳遞給電容調(diào)節(jié)單元11，電容調(diào)節(jié)單元11調(diào)節(jié)諧振單元4與電 力接收單元5的電容值，使諧振單元4與電力接受單元5的固有頻率與所得開關(guān)頻率相同。
[0020] 所述電力供應(yīng)單元1與所述用電單位2的能量傳遞是通過磁共振耦合。
[0021] 如圖1所示的本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)包括有由電力供應(yīng)電路3、基于混沌 函數(shù)的密鑰生成單元6、供電單元的無線通訊單元7組成的電力供應(yīng)單元1和由諧振單元 4、電力接收單元5、用電單位的無線通訊單元9、密鑰解碼單元10、電容調(diào)節(jié)單元11組成的 用電單位2。
[0022] 本發(fā)明的基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)依賴于磁共振耦合原理。電 力供應(yīng)電路3、諧振單元4以及電力接收單元5構(gòu)成了基于磁共振親合原理的無線充電整 體電路，它們之間通過電磁感應(yīng)的原理實現(xiàn)能量傳遞。只有當(dāng)諧振單元4和電力接受單元 5的固有頻率與電力供應(yīng)電路3的開關(guān)頻率％相同時用電單位2才能獲得最大的傳輸能
【主權(quán)項】
1. 一種基于能量加密的磁共振禪合式無線充電系統(tǒng)，其特征是；該系統(tǒng)包括有電力供 應(yīng)單元（1)、用電單位（2)，所述電力供應(yīng)單元（1)包括有相互連接的電力供應(yīng)電路（3)、基 于混濁函數(shù)的密鑰生成單元化）、供電單元的無線通訊單元（7)，所述用電單位（2)包括有 相互連接的諧振單元（4)、電力接收單元巧）、用電單位的無線通訊單元巧）、密鑰解碼單元 (10)、電容調(diào)節(jié)單元（11); 所述電力供應(yīng)單元（1)與用電單位（2)通過電力供應(yīng)電路（3)、諧振單元（4)與電力接 收單元（5)之間的電磁禪合連接進(jìn)行能量的傳遞； 所述電力供應(yīng)單元（1)與用電單位（2)通過供電單元的無線通訊單元（7)與用電單位 的無線通訊單元（9)之間的無線通訊連接進(jìn)行請求信號與密鑰信息的傳遞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量加密的磁共振禪合式無線充電系統(tǒng)，其特征是；所 述電力供應(yīng)單元（1)包括有相互連接的電力供應(yīng)電路（3)、基于混濁函數(shù)的密鑰生成單元 (6) W及供電單元的無線通訊單元（7)，所述基于混濁函數(shù)的密鑰生成單元（6)通過混濁函 數(shù)生成密鑰，并將生成的密鑰傳輸給供電單元的無線通訊單元（7)，同時基于混濁函數(shù)的密 鑰生成單元（6)將密鑰傳送給電力供應(yīng)電路（3)的DC/AC變換器巧），DC/AC變換器（8)將 電力供應(yīng)電路（3)的開關(guān)頻率調(diào)整至密鑰對應(yīng)的頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量加密的磁共振禪合式無線充電系統(tǒng)，其特征是；所 述用電單位（2)包括有相互連接諧振單元（4)、電力接收單元巧）、用電單位的無線通訊單 元巧）、密鑰解碼單元（10) W及電容調(diào)節(jié)單元（11)，用電單位的無線通訊單元（9)將從電 力供應(yīng)單元（1)所接受的密鑰傳送給密鑰解碼單元（10)，密鑰解碼單元（10)根據(jù)所得密鑰 解碼出電力供應(yīng)電路（3)的開關(guān)頻率，并傳遞給電容調(diào)節(jié)單元（11)，電容調(diào)節(jié)單元（11)調(diào) 節(jié)諧振單元（4)與電力接收單元巧）的電容值，使諧振單元（4)與電力接受單元巧）的固 有頻率與所得開關(guān)頻率相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量加密的磁共振禪合式無線充電系統(tǒng)，其特征是；所 述電力供應(yīng)單元（1)與所述用電單位（2)的能量傳遞是通過磁共振禪合。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于能量加密的磁共振耦合式無線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)的電力供應(yīng)單元與用電單位通過電力供應(yīng)電路、諧振單元與電力接收單元之間的電磁耦合連接進(jìn)行能量的傳遞。電力供應(yīng)單元與用電單位通過供電單元的無線通訊單元與用電單位的無線通訊單元之間的無線通訊連接進(jìn)行請求信號與密鑰信息的傳遞。通過對頻率加密可以實現(xiàn)對能量傳輸?shù)募用?。?yīng)用混沌函數(shù)生成密鑰實現(xiàn)不可預(yù)測的頻率調(diào)節(jié)。本發(fā)明的效果是該無線充電系統(tǒng)實現(xiàn)了對被授權(quán)用電單位的無線電力供應(yīng)，同時未被授權(quán)的用電單位不能獲得有效的電力供應(yīng)。實驗中被授權(quán)的用電單位獲得的供應(yīng)電壓穩(wěn)定在10V左右，而實驗中未被授權(quán)的用電單位獲得的供應(yīng)電壓接近0V。有效提高了無線充電的安全性。
【IPC分類】H02J17-00
【公開號】CN104617680
【申請?zhí)枴緾N201510026846
【發(fā)明人】張鎮(zhèn), 李彬, 王江, 鄧斌, 魏熙樂, 于海濤
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月20日