一种远场联合无线充电方法、装置、系统及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种远场联合无线充电方法、装置、系统及电子设备，涉及无线充电领域，该方法包括：获取物联网终端设备与多个绿色能源充电基站之间的多个信号传输距离和对应的RF信号的参数；绿色能源充电基站用于输出RF信号；RF信号用于为物联网终端设备充电；参数包括功率和波长；根据各信号传输距离和对应的RF信号的参数，应用相干效应，确定物联网终端设备的接收功率最大时，各RF信号的发射相位；根据各RF信号的发射相位和对应的RF信号的参数，确定各绿色能源充电基站发射的RF信号。本发明专利技术能够提高无线充电的效率。高无线充电的效率。高无线充电的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种远场联合无线充电方法、装置、系统及电子设备


[0001]本专利技术涉及无线充电领域，特别是涉及一种远场联合无线充电方法、装置、系统及电子设备。

技术介绍

[0002]随着物联网(Internet of Things，IoT)技术的快速发展，WRSN已经成为了获取信息的重要手段之一，并且已经被广泛地应用在各种现实场景中。这些场景都无一例外的离不开网络中的IoTEDs持续、有效的工作，也就是说，需要WRSN中的大部分IoTEDs都满足保持连通性、覆盖性、稳定性等要求，WRSN才能完成相应的数据收集、环境监测等任务。但是，由于IoTEDs小体积的特性，导致其自身配备的电池容量极其有限，所以在实际情况中，IoTEDs的供能问题极大地制约WRSN技术的发展和应用。
[0003]近年来，随着WPT(Wireless Power Transmission，无线电能传输)技术的逐渐发展，使用电磁波(RF信号也是一种电磁波)为WRSN中的IoTEDs进行能量补充的方式被各国学者广泛研究。WPT技术是指通过电磁波传输能量的方式实现对IoTEDs的无线充电。在本专利技术设计中是指以GECBS为RF信号的发射载体,引用技术专利“一种基于绿色能源的远场无线充电系统”(申请号：202021515794.2)的双电池系统解决绿色能源的储能和供能问题，为任意的IoTEDs进行无线能量补给，从而延长IoTEDs的生命周期的方法。当WRSN中某一IoTED的剩余电量较少时，该IoTED就会向在WRSN中的GECBS发出能量补充请求。在GECBS收到该IoTED的请求后，就会通过发射RF信号的方式，为该IoTED进行远场无线充电。
[0004]针对WPT技术,各国学者进行了大量的研究，但仍存在着改进之处：
[0005]1)现有的大部分研究关注提升无线充电效率，忽略了RF信号的相干效应会造成RF信号的衰弱。例如，美的集团股份有限公司的研究人员提出了一种“无线充电方法及装置”的专利技术专利申请(申请(专利)号：CN202210701734.7)，通过调整多个无线发射器(文中被称为第一电气设备)的发射频率和发射功率实现对接收端(文中被称为第二电气设备)的远场无线充电。
[0006]2)现有的大部分研究忽视了由于无线充电路径损耗带来的能量浪费问题。伴随IoTEDs在世界范围内的实施部署，预计在2025年，全球IoTEDs总数将达到754.4亿个，年耗电总量将达到45TWh。而要产生45
×
10^9KWh电量，需燃烧553万吨标准煤。如果使用褐色能源对IoTEDs进行远场无线充电的话，将会逐渐引发全球性的环境污染与气候变化。因此，使用清洁的风能、太阳能等绿色能源驱动整个远场联合无线充电系统既减少了电量消耗产生的费用，也是对环境友好的。
[0007]3)现有的相关研究大多使用了无人机、移动小车等可移动充电设备，但实际上，这些方式存在着大大的局限性。首先，无人机或者移动小车的体积在最初设计时就不会很大，其携带的电池容量实际非常有限，只能给少数的IoTEDs提供能量；其次，当可移动充电设备对IoTEDs提供能量补充时，需要移动到指定的位置，在此期间，IoTEDs的能量就可能会耗尽。最后，由于WRSN监测的地理地形复杂多样，无人机或无人小车仍有不能到达的地方，应
用场景受到限制。因此，使用GECBS为IoTEDs进行远距离无线充电是最为合适的。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种远场联合无线充电方法、装置、系统及电子设备，能够提高无线充电的效率。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0010]一种远场联合无线充电方法，所述充电方法包括：
[0011]获取物联网终端设备与多个绿色能源充电基站之间的多个信号传输距离和对应的RF信号的参数；所述绿色能源充电基站用于输出RF信号；所述RF信号用于为所述物联网终端设备充电；所述参数包括功率和波长；
[0012]根据各所述信号传输距离和对应的RF信号的参数，应用相干效应，确定所述物联网终端设备的接收功率最大时，各所述RF信号的发射相位；
[0013]根据各所述RF信号的发射相位和对应的RF信号的参数，确定各所述绿色能源充电基站发射的RF信号。
[0014]可选地，所述物联网终端设备的接收功率为：
[0015][0016][0017]其中，P
t
为绿色能源充电基站的发射功率；G
t
为绿色能源充电基站的发射天线传输增益；G
n
为物联网终端设备的接收天线增益；λ为RF信号的波长；是第i台物联网终端设备到第n台绿色能源充电基站的RF信号传输距离；M为绿色能源充电基站的总个数；表示第n台绿色能源充电基站发射的RF信号传输到第i台物联网终端设备时与第m台绿色能源充电基站发射的RF信号传输到第i台物联网终端设备时的波程差。表示第n台绿色能源充电基站发射的RF信号的发射相位和第m台绿色能源充电基站发射的RF信号的发射相位的差；Δ
n,m
为GECBS n和GECBS m到同一个IoTEDs i的相位差，即，GECBS n和GECBS m到同一个IoTEDs i的2π/波长倍的波程差与初始相位差的差；D(i,M(m))是第i台物联网终端设备与第m台绿色能源充电基站的RF信号的传输距离；P
r
(i,M)是第i台物联网终端设备接收到来自所有绿色能源充电基站的复合接收功率；
[0018]当所述物联网终端设备的接收功率最大时，cos(Δ
n,m
)的值为1；
[0019]根据cos(Δ
n,m
)的值为1，得到Δ
n,m
为2π或者
‑
2π的整数倍；
[0020]根据Δ
n,m
为2π或者
‑
2π的整数倍和其中一个所述绿色能源充电基站的RF信号的预设发射相位，确定各绿色能源充电基站的RF信号的发射相位。
[0021]一种远场联合无线充电装置，应用于上述的远场联合无线充电方法，所述充电装置包括：多个绿色能源充电基站和物联网终端设备；
[0022]各所述绿色能源充电基站均设置有发射天线；物联网终端设备设置有接收天线；各所述绿色能源充电基站用于通过所述发射天线向所述物联网终端设备发射对应的预设RF信号；所述物联网终端设备用于通过所述接收天线接收所述对应的预设RF信号；
[0023]其中，所述预设RF信号为根据相干效应确定的所述绿色能源充电基站发射的RF信号的相位使得所述物联网终端设备接收到最大接收功率的信号。
[0024]可选地，所述绿色能源充电基站包括充电基站、储能模块、风力发电系统和光伏发电系统；所述天线设置在所述充电基站上；所述风力发电系统和所述光伏发电系统分别与所述储能模块连接；所述储能模块与所述充电基站连接；所述储能模块用于接收所述风力发电系统和所述光伏发电系统的电能并将所述电能进行存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种远场联合无线充电方法，其特征在于，所述充电方法包括：获取物联网终端设备与多个绿色能源充电基站之间的多个信号传输距离和对应的RF信号的参数；所述绿色能源充电基站用于输出RF信号；所述RF信号用于为所述物联网终端设备充电；所述参数包括功率和波长；根据各所述信号传输距离和对应的RF信号的参数，应用相干效应，确定所述物联网终端设备的接收功率最大时，各所述RF信号的发射相位；根据各所述RF信号的发射相位和对应的RF信号的参数，确定各所述绿色能源充电基站发射的RF信号。2.根据权利要求1所述的远场联合无线充电方法，其特征在于，所述物联网终端设备的接收功率为：接收功率为：其中，P
t
为绿色能源充电基站的发射功率；G
t
为绿色能源充电基站的发射天线传输增益；G
n
为物联网终端设备的接收天线增益；λ为RF信号的波长；是第i台物联网终端设备到第n台绿色能源充电基站的RF信号传输距离；M为绿色能源充电基站的总个数；表示第n台绿色能源充电基站发射的RF信号传输到第i台物联网终端设备时与第m台绿色能源充电基站发射的RF信号传输到第i台物联网终端设备时的波程差；表示第台绿色能源充电基站发射的RF信号的发射相位和第m台绿色能源充电基站发射的RF信号的发射相位的差；Δ
n,m
为GECBS n和GECBS m到同一个IoTEDs i的相位差，即，GECBS n和GECBS m到同一个IoTEDs i的2π/波长倍的波程差与初始相位差的差；D(i,M(m))是第i台物联网终端设备与第m台绿色能源充电基站的RF信号的传输距离；P
r
(i,M)是第i台物联网终端设备接收到来自所有绿色能源充电基站的复合接收功率；当所述物联网终端设备的接收功率最大时，cos(Δ
n,m
)的值为1；根据cos(Δ
n,m
)的值为1，得到Δ
n,m
为2π或者
‑
2π的整数倍；根据Δ
n,m
为2π或者
‑
2π的整数倍和其中一个所述绿色能源充电基站的RF信号的预设发射相位，确定各绿色能源充电基站的RF信号的发射相位。3.一种远场联合无线充电装置，应用于权利要求1
‑
2任意一项所述的远场联合无线充电方法，其特征在于，所述充电装置包括：多个绿色能源充电基站和物联网终端设备；各所述绿色能源充电基站均设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘夕龙，蔡灵恩，刘思赉，宋伟，郭桥辉，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：