CN106712321B - 一种无线充电设备状态感知方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电设备状态感知方法，本发明利用充电设备附属的通信系统和电路检测系统，实现对多个无线充电设备的感知、识别匹配和接入，以及对多个设备的充电状态和过程实时监控，支持多个设备的充电；通过检测电路检测信息的反馈，实现发射端和接收端功率的实时能量和信息的传输与控制；通过信息的整合，为系统的控制提供信息依据，进而提高充电的效率。
Description
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电设备状态感知方法。
背景技术
如今无线充电有四种方式有磁感应式、无线电波式、电场耦合式、磁共振式四种方式。磁感应式是基于发射线圈流过变化电流，变化的电流产生变化的磁场，这个磁场对靠近的线圈产生电流，从而产生感应电动势。无线电波式，是将环境电磁波转换为电流，通过电路传输电流。电场耦合式是基于通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生感应电场来传输电力。磁共振式是基于磁感应原理的基础上，将能量发送和能量接收装置调整到相同的频率或者特定的频率上实现共振，从而实现收发两端的能量彼此交换。
在2007年美国麻省理工学院(MIT)发表的论文“Magnetic MIMO：How To ChargeYour Phone in Your Pocket”(磁MIMO：如何为你口袋里的手机充电)，文中描述了设备的识别方法是通过负载阻抗电流值变化来感知设备信息。由于发射机和接收机之间的耦合，接收端的电路负载阻抗的变化可以转化为在发射端的相应的阻抗变化，采用脉冲宽度编码方法。根据发射线圈是否存在的脉冲序列作为衡量否有设备靠近与是否需要充电的判决标准。MagMIMO的带内通信是基于TDMA超帧由三部分组成：请求，响应，和未激活。在请求帧建立网络，在响应帧实现数据交换，在未激活帧则无通信量。
目前无线充电对接收设备状态的感知主要是依靠反馈通信方式获得。对于多设备的感知、识别配置没有完善的技术和成熟的产品。并且对多设备的感知和信息检测，过程复杂，信息传输效率不高。
现有技术的缺点：当多个设备靠近发射线圈时，需要感知多个设备，并且在充电过程中需要信息的检测和控制。通过磁场域实现带内传输的过程中，带内通信需要一系列的调制，并且需要额外的网络的协调器负责启动和管理其他设备和节点，传输的过程比较复杂，并且信息传输效率不高。在传输过程中可能产生外来磁场域信息的干扰和信息的码间串扰，从而产生误码，浪费能量，频带有限，不在谐振频率上时耦合效率低，因此不能实现高效的信息反馈。
针对这些问题本专利提出了利用检测电路进行信息的监测和控制和系统通信综合的方法，实现多个设备的感知、识别匹配和接入，从而实现发射端和接收端能量的实时传输和控制。
发明内容
本发明提供了一种无线充电设备状态感知方法，旨在解决现有的无法对多个无线充电设备的感知、识别匹配和接入，通过信息交互，实现充电状态的监测和控制的问题。
本发明是这样实现的，一种无线充电设备状态感知方法，包括如下步骤：
等待阶段，发射端每隔一段预设时间发送一个感知能量，并检测流过发射端线圈的电流值；根据电流值判断是否有设备靠近，如果有设备靠近则进入下一阶段，如没有设备靠近则继续停留等待阶段；
感知阶段，当检测到有设备靠近时，发射端收到接收端发送的唯一地址，发射端判断根据唯一地址判断有多少设备进入无线充电范围；当接收端准备完成并向发射端发射响应信号，则进入识别配置阶段，否则，则返回等待阶段；
识别配置阶段，接收端向发射端发送身份标识包和配置包，所述发射端根据身份标识包对设备进行识别，根据配置包进行功率配置；所述发射端根据身份标识包和配置包进一步建立电能传输约束条件集，所述发射端根据约束集中的条件进行功率的分配和传输；
功率传输阶段，发射端根据接收到的请求进行功率传输，当有多个设备和发射端成功匹配后，发射端发射线圈进行功率分配。
进一步的，所述感知阶段如果没有设备靠近，此时发射线圈上的电流最大；如果有设备过来，则会引起发射端谐振电路阻抗的变化，从而引起发射端电流的变化；通过串联电阻测量电阻两端的电压，从而体现电流的变化，通过幅相芯片测出的电压值发送给发射端的第二控制器，第二控制器根据检测信息做出相应的控制。
更进一步的，所述“接收端准备完成并向发射端发射响应信号”步骤具体包括：接收端将检测的信号强度包和终止传输数据包发送给发射端，信号强度包代表是接收端拾取到的能量的强弱；终止传输包包括内部错误、过温、过压、过流、电池出错、重新配置约束条件以及发射端无响应数据信息，发射端根据信号强度包和终止传输数据包进行实时控制，当确认无误后，接收端向发射端发射响应信号。
作为一种改进，所述身份标识包包括标准协议、生产厂商代码、设备代码身份信息；所述配置包包括功率等级、最大功率、控制位、时长和间隔数据信息；其中，所述功率等级代表接收端接收功率等级；最大功率代表接收端期望输出到负载的最大功率；控制位代表的是发射端控制方法的选择；时长表示接收端计算平均接受功率的时间窗口的大小，所述间隔代表接收端计算已接受功率和将信息发送给接收端的时间间隔。
作为进一步改进，在功率传输阶段，依据设备的位置、接收端负载阻抗和发射端和接收端互感系数的变化，调整线圈的开闭或者波束成型的方向；发射端根据从接收端接收数据包信息，第二控制器根据接收的信息调整发射功率的大小；同时，发射端和接收端电路中电压、电流、温度检测电路实时检测电能传输过程中各变量是否超出正常范围，一旦检测超出正常范围，或者检测到一个非正常的变量系统则立即停止供电并返回等待阶段。
具体的，在所述功率传输阶段还包括实时监测充电设备是否在充电范围之内，若充电过程中充电设备被拿走，则停止功率传输。
作为一种改进，所述功率传输阶段还包括实时检测充电状态，若检测到已充满电则由接收端向发射端发送节电信号；所述发射端接受节电信号并停止传输功率。
作为进一步改进，当检测到充电设备充满电后，每隔一段时间检测充电设备是否被拿走，若被拿走则进入等待阶段，若没被拿走则每隔一段时间对充电设备电池状态进行检测，判断是否需要重新充电，若不需要则保持该状态至充电设备被拿走，若需要则再次进行充电。
本发明一种无线充电设备状态感知方法，利用充电设备附属的通信系统和电路检测系统，实现对多个无线充电设备的感知、识别匹配和接入，以及对多个设备的充电状态和过程实时监控，支持多个设备的充电；通过检测电路检测信息的反馈，实现发射端和接收端功率的实时能量和信息的传输与控制；通过信息的整合，为系统的控制提供信息依据，进而提高充电的效率。
附图说明
图1是本发明一种无线充电设备状态感知方法的发射端流程示意框图；
图2是本发明一种无线充电设备状态感知方法的接收端流程示意框图；
图3是本发明一种无线充电设备状态感知方法的整体流程示意框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
磁共振无线充电系统利用带外通信技术进行多设备的感知和识别配置，并且利用带外通信模块把接收端检测控制信息发送给发射端，发射端通信模块接收数据包，解调后传送数字信息给相应控制器，实现系统的实时控制。本发明如图3所示，一种无线充电设备状态感知方法，包括如下步骤：
等待阶段，发射端每隔一段预设时间发送一个感知能量，并检测流过发射端线圈的电流值；根据电流值判断是否有设备靠近，如果有设备靠近则进入下一阶段，如没有设备靠近则继续停留等待阶段；
感知阶段，当检测到有设备靠近时，发射端收到接收端发送的唯一地址，发射端判断根据唯一地址判断有多少设备进入无线充电范围；当接收端准备完成并向发射端发射响应信号，则进入识别配置阶段，否则，则返回等待阶段；
识别配置阶段，接收端向发射端发送身份标识包和配置包，所述发射端根据身份标识包对设备进行识别，根据配置包进行功率配置；所述发射端根据身份标识包和配置包进一步建立电能传输约束条件集，所述发射端根据约束集中的条件进行功率的分配和传输；
功率传输阶段，发射端根据接收到的请求进行功率传输，当有多个设备和发射端成功匹配后，发射端发射线圈进行功率分配。
作为一种优选方式，所述感知阶段如果没有设备靠近，此时发射线圈上的电流最大；如果有设备过来，则会引起发射端谐振电路阻抗的变化，从而引起发射端电流的变化；通过串联电阻测量电阻两端的电压，从而体现电流的变化，通过幅相芯片测出的电压值发送给发射端的第二控制器，第二控制器根据检测信息做出相应的控制。
更进一步的，所述“接收端准备完成并向发射端发射响应信号”步骤具体包括：接收端将检测的信号强度包和终止传输数据包发送给发射端，信号强度包代表是接收端拾取到的能量的强弱；终止传输包包括内部错误、过温、过压、过流、电池出错、重新配置约束条件以及发射端无响应数据信息，发射端根据信号强度包和终止传输数据包进行实时控制，当确认无误后，接收端向发射端发射响应信号。
作为优选实施例，所述身份标识包包括标准协议、生产厂商代码、设备代码身份信息；所述配置包包括功率等级、最大功率、控制位、时长和间隔数据信息；其中，所述功率等级代表接收端接收功率等级；最大功率代表接收端期望输出到负载的最大功率；控制位代表的是发射端控制方法的选择；时长表示接收端计算平均接受功率的时间窗口的大小，所述间隔代表接收端计算已接受功率和将信息发送给接收端的时间间隔。
作为进一步改进，在功率传输阶段，依据设备的位置、接收端负载阻抗和发射端和接收端互感系数的变化，调整线圈的开闭或者波束成型的方向；发射端根据从接收端接收数据包信息，第二控制器根据接收的信息调整发射功率的大小；同时，发射端和接收端电路中电压、电流、温度检测电路实时检测电能传输过程中各变量是否超出正常范围，一旦检测超出正常范围，或者检测到一个非正常的变量系统则立即停止供电并返回等待阶段。
具体的，在所述功率传输阶段还包括实时监测充电设备是否在充电范围之内，若充电过程中充电设备被拿走，则停止功率传输。
作为一种改进，所述功率传输阶段还包括实时检测充电状态，若检测到已充满电则由接收端向发射端发送节电信号；所述发射端接受节电信号并停止传输功率。
作为一种优选方式，当检测到充电设备充满电后，每隔一段时间检测充电设备是否被拿走，若被拿走则进入等待阶段，若没被拿走则每隔一段时间对充电设备电池状态进行检测，判断是否需要重新充电，若不需要则保持该状态至充电设备被拿走，若需要则再次进行充电。
为了更好的阐述本发明技术方案，在此将上述无线充电设备状态感知方法按发射端和接收端分别讲解，只是阐述的角度不同，与本发明技术方案实质并无差别。
如图1所示，本发明功率发射系统控制流程，首先发射端的电路先进行初始化以保证电路正常启动。在发射端电路正常启动后，检测各个电路电压、电流、温度是否正常，如果不正常将误差信息反馈给第一控制器，第一控制器根据相应误差值调整电路参数，使电路重新达到正常工作的条件；如果检测电路检测到的电路参数指标都在正常范围内，则进行功率的放大。功率放大器连接着第二控制器。当有多个设备过来，第二控制器会根据设备的状态进行功率分配，以达到最高效的能量传输。连接第一谐振电路的检测电路将检测第一谐振电路的电流是否正常，如果不正常则将误差值传送给第二控制器，第二控制器根据相应误差值调整电路参数，使电路重新达到正常工作的条件；如果检测第一谐振电路的电流是正常的，则发射端和接收端进行电能传输。在发射端和接收端能量传输的过程中，第二控制器接收到接收端的反馈的信号为终止传输，或者发射端自身电路出现故障，则第二控制器控制发射端的指示灯、蜂鸣器的开闭，从而及时提醒用户采取断电措施。
如图2所示，本发明功率接收系统控制流程，在开始阶段接收端拾取到电能后，通过检测电路检测经过整流滤波后的电压、电流、温度等参数指标是否正常，如果各项参数指标都在正常范围内则对设备进行充电，如果不正常将误差信息反馈给控制器，控制器根据相应误差值调整电路参数，使电路重新达到正常工作的条件，然后给设备进行充电。在充电过程中将对充电设备状态进行实时检测，来判断充电是否完成。如果用电设备反馈的信息为充电完成，则应向发射端反馈信息发送充电结束信号，从而结束充电过程。在整个充电过程中如果遇到电路故障，则控制器应马上向发射端反馈信息发送终止电能传输信号，结束电能的传输，并且控制器使指示灯闪烁，蜂鸣器报警。
本发明一种无线充电设备状态感知方法，利用充电设备附属的通信系统和电路检测系统，实现对多个无线充电设备的感知、识别匹配和接入，以及对多个设备的充电状态和过程实时监控，支持多个设备的充电；通过检测电路检测信息的反馈，实现发射端和接收端功率的实时能量和信息的传输与控制；通过信息的整合，为系统的控制提供信息依据，进而提高充电的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种无线充电设备状态感知方法，其特征在于，包括如下步骤：
等待阶段，发射端每隔一段预设时间发送一个感知能量，并检测流过发射端线圈的电流值；根据电流值判断是否有设备靠近，如果有设备靠近则进入下一阶段，如没有设备靠近则继续停留等待阶段；
感知阶段，当检测到有设备靠近时，发射端收到接收端发送的唯一地址，发射端判断根据唯一地址判断有多少设备进入无线充电范围；当接收端准备完成并向发射端发射响应信号，则进入识别配置阶段，否则，则返回等待阶段；
识别配置阶段，接收端向发射端发送身份标识包和配置包，所述发射端根据身份标识包对设备进行识别，根据配置包进行功率配置；所述发射端根据身份标识包和配置包进一步建立电能传输约束条件集，所述发射端根据约束集中的条件进行功率的分配和传输；
功率传输阶段，发射端根据接收到的请求进行功率传输，当有多个设备和发射端成功匹配后，发射端发射线圈进行功率分配；
所述感知阶段如果没有设备靠近，此时发射线圈上的电流最大；如果有设备过来，则会引起发射端谐振电路阻抗的变化，从而引起发射端电流的变化；通过串联电阻测量电阻两端的电压，从而体现电流的变化，通过幅相芯片测出的电压值发送给发射端的第二控制器，第二控制器根据检测信息做出相应的控制。
2.如权利要求1所述的无线充电设备状态感知方法，其特征在于，所述“接收端准备完成并向发射端发射响应信号”步骤具体包括：接收端将检测的信号强度包和终止传输数据包发送给发射端，信号强度包代表是接收端拾取到的能量的强弱；终止传输包包括内部错误、过温、过压、过流、电池出错、重新配置约束条件以及发射端无响应数据信息，发射端根据信号强度包和终止传输数据包进行实时控制，当确认无误后，接收端向发射端发射响应信号。
3.如权利要求1所述的无线充电设备状态感知方法，其特征在于，所述身份标识包包括标准协议、生产厂商代码、设备代码身份信息；所述配置包包括功率等级、最大功率、控制位、时长和间隔数据信息；其中，所述功率等级代表接收端接收功率等级；最大功率代表接收端期望输出到负载的最大功率；控制位代表的是发射端控制方法的选择；时长表示接收端计算平均接受功率的时间窗口的大小，所述间隔代表接收端计算已接受功率和将信息发送给接收端的时间间隔。
4.如权利要求1所述的无线充电设备状态感知方法，其特征在于，在功率传输阶段，依据设备的位置、接收端负载阻抗和发射端和接收端互感系数的变化，调整线圈的开闭或者波束成型的方向；发射端根据从接收端接收数据包信息，第二控制器根据接收的信息调整发射功率的大小；同时，发射端和接收端电路中电压、电流、温度检测电路实时检测电能传输过程中各变量是否超出正常范围，一旦检测超出正常范围，或者检测到一个非正常的变量系统则立即停止供电并返回等待阶段。
5.如权利要求1-4任一项所述的无线充电设备状态感知方法，其特征在于，在所述功率传输阶段还包括实时监测充电设备是否在充电范围之内，若充电过程中充电设备被拿走，则停止功率传输。
6.如权利要求5所述的无线充电设备状态感知方法，其特征在于，所述功率传输阶段还包括实时检测充电状态，若检测到已充满电则由接收端向发射端发送节电信号；所述发射端接受节电信号并停止传输功率。
7.如权利要求6所述的无线充电设备状态感知方法，其特征在于，当检测到充电设备充满电后，每隔一段时间检测充电设备是否被拿走，若被拿走则进入等待阶段，若没被拿走则每隔一段时间对充电设备电池状态进行检测，判断是否需要重新充电，若不需要则保持该状态至充电设备被拿走，若需要则再次进行充电。
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