一种无线充电系统及方法与流程

本发明涉及一种无线充电技术，具体涉及一种无线充电系统及方法。

背景技术：

随着移动新能源技术、互联网技术的发展，各种消费型智能电子设备的数量和类型不断增加，对能源-it融合技术的关注与日俱增。在人们在要求消费型智能电子设备达到更快、更好的性能时，各类设备的电能需求也在不断的提高，这些消费型智能电子设备中的许多是便携式的。因此，电池电量通常至关重要。受限制于电池技术，消费型智能电子设备的续航时间已成为困扰用户的最大问题。在很多情况下，由于消费型智能电子设备有限的剩余电量，用户必须限制其对设备的使用，用户可能无法有效地使用设备。无线电力传输技术作为能源-it融合技术的领域典型之一，由于其作为一种极为方便的充电方式受到了越来越多的关注。

无线电力传输是指取代现有的有线形式的电力线而以无线方式向电气设备提供电源的技术。无线充电有多种实现的方式，较为常见的有：(1)磁场感应；(2)磁场共振；(3)电场感应；(4)电磁波等。第一种和第二种最为常见，都是利用空间磁场传递能量；第三种是利用空间电场传递能量；第四种是利用空间电磁波传递能量。然而这四种方式中，第四种是最特殊的，它可以利用空间电磁波的方式，是四种方式中唯一可以实现远距离无线充电的。它的工作频率是最高的，通常都在几百兆赫兹以上，比另外三种最少要高两个数量级即100倍以上。

第一种磁感应无线充电技术的最大问题是使用时空间自由度低。即充电区域的面积很小，消费型智能电子设备需要准确地放置在这个位置上，而且不能有较多的垂直间隔，只有消费型智能电子设备背贴的线圈和充电器里的线圈位置正对时，才能够进行无线充电，其有效充电面积大概只有两个一元硬币大小。

第二种无线充电技术即磁共振无线充电技术，目标是为了提供更好的空间自由度，从而改善用户使用体验，磁共振无线充电的核心思想是通过对偶的谐振器件(电感和电容)将能量通路控制得更加通畅。现代意义的磁共振无线充电技术受到关注的起点源于mit的一个实验室。该实验室在2008年展示了一个实验，隔空地点亮了一个60w的灯泡，它的系统的效率大概是15％左右。

第三种无线充电技术是用空间电场作为媒介。可以把能量发射装置和接收装置看成电容的两个极板。在交流电场的作用下，使得电容的两个极板会有交变电流流过，从而实现了电能的无线传递。利用空间电场来进行无线充电，实际上可以更方便的获得空间自由度，尤其是水平方向的空间自由度。该方法产生的空间电场对人体有其他的潜在影响，因为人体内信息的传递靠的是生物电，较强的空间电场有可能对人的神经系统有影响。

第四种无线充电技术则是利用高频电磁波来进行无线充电。其优势就是能够进行远距离无线充电，这才是人们真正“想要”的无线充电技术。就是无线充电可以表现的像无线上网一样，能够随时随地，间隔5米或者10米对消费型智能电子设备进行充电。无线电源传输是可以发生在700mhz至2700mhz之间的通讯信号、2.4ghz和5.0ghz这两个频段中。

国际上的几大联盟如wpc和a4wp等已制定了一些无线充电的标准和通讯协议，只要遵循这些标准的设备都可以兼容工作。一个安全的、稳定的无线充电系统，不仅仅只包括简单的电能传输，还必须包括一些通讯控制，以达到动态监控发送端与接收端的状态，为了能够在移动终端上同时支持近距离无线通信功能无线电力传输功能，需要同时装配实现各自功能的天线。因此，本发明将结合国际联盟的等已无线充电的标准和通讯协议，为解决移动设备和电动车辆等提供一种无线充电系统及方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于，解决移动设备和电动车辆等提供无线充电的技术问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种无线充电系统，该无线充电系统包括：带无线充电功能的待充电消费电子设备和一个或多个无线充电桩；其中所述带无线充电功能的待充电消费电子设备，在识别到一个或多个无线充电桩后，向其中一个无线充电桩发送请求充电命令；被识别的无线充电桩响应待充电消费电子设备的充电请求，获得待充电消费电子设备的实际充电参数，所述实际充电参数包括剩余电量和相对位置；根据获取的待充电消费电子设备充电请求对待充电消费电子设备进行定位；根据定位结果确定发射窗口并调整充电功率，将电能转化为预定波长的电磁波，并向待充电消费电子设备辐射电磁波；当检测到的充电效率降至预定阈值时，结束充电。

优选地，所述无线充电桩包括：可依球面360度调整方向的天线群组、高频电磁波产生模块、通讯设备、管理控制系统、电池包和充电接口；其中，所述天线群组中的每组天线包括双频天线阵列的通讯系统，所述双频天线阵列的通讯系统包括功率传输天线和一个或多个通信天线；所述功率传输天线被配置为实现所述功率传输天线与所述功率传输天线中的至少一个其它功率传输天线之间的无线电力传输，并且其中所述一个或多个通信天线中的每一个被配置为能够与至少一个另外的通信天线进行无线发送和接收通信；以及所述管理控制系统包括功率转换子系统、电池管理子系统、监控子系统、双模电路发射模块、能量管理单元和生物保护单元；其中，所述双模电路发射模块，包括电源转换电路、振荡器、功率放大器和滤波电路。

优选地，所述天线群组可以由天线阵列和无线电路替代。

优选地，所述天线群组为一种双模天线，其包括：绝缘片；近距离无线通信线圈，形成在所述绝缘片上，以收发数据；以及无线电力用线圈，形成在所述绝缘片上，以无线方式收发电力；所述无线电力用线圈两端部电连接在所述一对无线电力用接线端子。

优选地，所述带无线充电功能的待充电消费电子设备包括接收模块，所述接收模块包括滤波电路、整流电路、稳压电路和直流电压调节电路；其中，所述滤波电路连接于接收薄膜线圈元件且对该接收薄膜线圈元件所输出的一交流信号进行滤波；所述整流电路连接于所述滤波电路，以架构于将该交流信号转换为一直流电源；所述稳压电路连接于所述整流电路中，以架构于将该直流电源稳定于一额定电压值；所述直流电压调节电路，连接于所述稳压电路以及一负载，以对该直流电源进行电压调整并输出至该负载。

优选地，所述高频电磁波产生模块包括高频振荡电路、功率放大电路、电源电路和发射线圈；所述待充电消费电子设备包括接收线圈、电能转换电路以及负载电路；所述高频振荡电路提供发射电磁波的激励信号,再通过功率放大电路进行功率放大,当振荡频率与发射线圈的固有频率一致时,电能以电磁波的形式发射出去,接收线圈接收到发射线圈的电磁波后形成交变电压,经过电能转换电路的处理后,为负载电路提供符合要求的电信号。

另一方面，本发明提供了一种无线充电方法，应用于由带无线充电功能的待充电消费电子设备和一个或多个无线充电桩构成的无线充电系统中,其包括以下步骤：

步骤一：所述带无线充电功能的待充电消费电子设备，在识别到一个或多个无线充电桩后，向其中一个无线充电桩发送请求充电命令；

步骤二：被识别的无线充电桩响应待充电消费电子设备的充电请求，获得待充电消费电子设备的实际充电参数，所述实际充电参数包括剩余电量和相对位置；

步骤三：根据获取的待充电消费电子设备充电请求对待充电消费电子设备进行定位；

步骤四：根据定位结果确定发射窗口并调整充电功率，将电能转化为预定波长的电磁波，并向待充电消费电子设备辐射电磁波；

步骤五：当检测到的充电效率降至预定阈值时，结束充电。

本发明可以可根据被充电设备的充电参数进行匹配充电，提高充电效率，减少电能消耗，同时易于布置和推广，让市民公在公共空间领域享有高效的无线充电服务。

附图说明

图1为本发明实施例提供的无线充电应用场景图；

图2为本发明实施例提供的无线充电消费电子设备双模天线控制示意图；

图3为本发明实施例提供的无线充电消费电子设备单/多天线系统示意图；

图4为本发明实施例提供的本发明实施例提供的无线充电方法流程示意图；

图5为本发明实施例提供的无线充电消费电子设备类型图；

图6为本发明实施例提供的消费电子设备无线充电流程图。

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。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例提供了一种无线充电系统，该系统包括：带无线充电功能的待充电消费电子设备和一个或多个无线充电桩；其中带无线充电功能的待充电消费电子设备，在识别到一个或多个无线充电桩后，向其中一个无线充电桩发送请求充电命令；被识别的无线充电桩响应待充电消费电子设备的充电请求，获得待充电消费电子设备的实际充电参数，实际充电参数包括剩余电量和相对位置；根据获取的待充电消费电子设备充电请求对待充电消费电子设备进行定位；根据定位结果确定发射窗口并调整充电功率，将电能转化为预定波长的电磁波，并向待充电消费电子设备辐射电磁波；当检测到的充电效率降至预定阈值时，结束充电。

图1为本发明实施例提供的无线充电应用场景图。如图1所示，无线充电桩100包括：可依球面360度调整方向的天线群组101、高频电磁波产生模块102、通讯设备103、管理控制系统104、电池包105和充电接口106。

天线群组101中的每组天线包括双频天线阵列的通讯系统，双频天线阵列的通讯系统包括功率传输天线和一个或多个通信天线；功率传输天线被配置为实现所述功率传输天线与所述功率传输天线中的至少一个其它功率传输天线之间的无线电力传输，并且其中所述一个或多个通信天线中的每一个被配置为能够与至少一个另外的通信天线进行无线发送和接收通信；以及管理控制系统104包括功率转换子系统、电池管理子系统、监控子系统、双模电路发射模块、能量管理单元和生物保护单元；其中，所述双模电路发射模块，包括电源转换电路、振荡器、功率放大器和滤波电路。所述电源转换电路，电连接于该电源且将该电源所提供的电能转换；振荡器，连接于该电源转换电路且可调地输出一特定频率的该交流信号；功率放大器，连接于该振荡器与该电源转换电路，且架构于放大该交流信号，滤波电路，连接于该功率放大器，且架构于对该交流信号滤波。

优选地，所述天线群组可以由天线阵列和无线电路替代。

需要说明的是，所述天线群组可以为一种双模天线，其包括：绝缘片；近距离无线通信线圈，形成在所述绝缘片上，以收发数据；以及无线电力用线圈，形成在所述绝缘片上，以无线方式收发电力；无线电力用线圈两端部电连接在所述一对无线电力用接线端子。

高频电磁波产生模块102在ac/dc转换模块输出的直流电的作用下，产生高频电磁波，并通过与高频电磁波产生模块相连接的发射线圈对产生的高频电磁波进行辐射，从而使待充电消费电子设备侧的接收线圈通过磁电感应得到交流电。无线充电桩100通过发射线圈产生高频电磁波，待充电消费电子设备侧的接收线圈接收到该高频电磁波之后，判断本端需要多大的充电电压，并通过电池充电模块产生相应的电压对充电电池进行充电，实现了待充电消费电子设备的无线充电。

优选地，高频电磁波产生模块(102)包括高频振荡电路、功率放大电路、电源电路和发射线圈；所述待充电消费电子设备包括接收线圈、电能转换电路以及负载电路；所述高频振荡电路提供发射电磁波的激励信号,再通过功率放大电路进行功率放大,当振荡频率与发射线圈的固有频率一致时，电能以电磁波的形式发射出去,接收线圈接收到发射线圈的电磁波后形成交变电压，经过电能转换电路的处理后，为负载电路提供符合要求的电信号。

通讯设备103用于接收服务器发送的控制指令，例如待充电消费电子设备需要充电的指令或者待充电消费电子设备充电已完成的指令，并将该控制指令输出至控制中心；控制中心收接收到该控制指令后，向继电器输出控制指令，继电器根据控制指令对ac/dc转换模块输出的电压进行打开或者是关闭的控制，从而实现对高频电磁波产生模块103的开关控制，从而实现对待充电消费电子设备(201-204)的充电的智能控制。信息收发模块可以是wifi网络、lifi网络、gprs网络、zigbee网络、蓝牙网络等。

电池包105采用锂离子电芯串联、并联或者串并联而成。充电接口106可以为储能电池包105充电，补充电源。

图2为本发明实施例提供的无线充电消费电子设备双模天线控制示意图，消费电子设备包括无线功率天线模块、无线数据通讯模块和管理系统电路，无线功率天线模块包括无线电力传输阻抗匹配电路、滤波电路、整流电路、稳压电路、无线充电控制系统电路，无线数据通讯模块包括无线阻抗匹配电路、无线通信收发器、无线通信控制系统。

图3为本发明实施例提供的无线充电消费电子设备单/多天线系统示意图。配置为在两个或多个消费电子设备之间提供无线功率传输和/或无线数据通信。充电桩与一个或多个其它消费电子设备利用无线数据通讯模块协作耦合，以便在至少充电桩和一个第一消费电子设备之间进行无线电力传输，或者在充电桩和第一消费电子设备之间进行无线通信。充电桩与一个或多个其它消费电子设备利用无线数据通讯模块协作耦合，以便在至少充电桩和一个第一消费电子设备之间进行无线电力传输，或者在充电桩和第一消费电子设备之间进行无线通信。因此，可以将电能从例如充电桩转移到一个或多个消费电子设备。消费电子设备可以为单天线系统、双天线系统或多天线系统，其中天线系统可以为无线功率天线模块或无线数据通讯模块。

图4为本发明实施例提供的本发明实施例提供的无线充电方法流程示意图。如图4所示，无线充电方法包括以下步骤：

步骤一：带无线充电功能的消费电子设备处于正常使用状态时，识别无线充电桩的天线系统，当发现一个或多个可用的无线充电桩天线系统时；向其中一个无线充电桩天线系统发送请求充电命令；

步骤二：判断带无线充电功能的消费电子设备是否与天线充电桩链接；如果是，无线充电桩将响应带无线充电功能的消费电子设备的充电请求，获得实际充电参数；

步骤三：根据带无线充电功能的消费电子设备反馈的充电请求对带无线充电功能的消费电子设备进行定位；

步骤四：根据定位结果确定发射窗口并调整充电功率，将电能转化为预定波长的电磁波，并向被充电电子设备辐射电磁波；

步骤五：进一步判断带无线充电功能的消费电子设备是否与天线充电桩链接；如果是，检测充电效率是否降至预定阈值；当检测到的充电效率降至预定阈值时，则结束充电。

本发明实施例可以可根据被充电设备的充电参数进行匹配充电，提高充电效率，减少电能消耗，同时易于布置和推广，让市民公在公共空间领域享有高效的无线充电服务。

图5为本发明实施例提供的无线充电消费型智能电子设备类型图。如图5所示，无线充电消费电子设备包括以电力作为能源的手机、平板电脑、笔记本电脑、电视、mp4、vr设备、智能手环、智能手表、充电宝、电子阅读器、相机、游戏机、多媒体播放器、娱乐系统、电动工具、无人机、平衡车、电动滑板车、电动自行车、电动车中的一种或者多种。

图6为本发明实施例提供的消费电子设备无线充电流程图。消费型智能电子设备搜索附近的无线充电桩，选择附近信号最强的一个无线充电桩，输入无线充电密码，无线充电桩密码响应成功，无线充电桩对该消费型智能电子设备发射预定波长的电磁波进行无线充电。

进一步，本无线充电桩有预设无线充电密码功能。

以上对本发明进行了详细介绍，并结合具体实施例对本发明做了进一步阐述，必须指出，以上实施例的说明不用于限制而只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明进行的任何改进以及与本产品等同的替代方案，也属于本发明权利要求的保护范围内。