CN112152304B - 一种微波场型无线充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种微波场型无线充电控制方法，其中，该方法包括：接收各个待充电设备的位置数据，并根据所述位置数据控制对应位置的发射天线启动；其中，所述发射天线包括以阵列形式布设的多个天线阵元；确定已启动的发射天线中各天线阵元的权重；根据所述权重控制各天线阵元依据对应的权重辐射微波信号。通过采用上述技术方案，在保证充电安全性的同时，提高了充电效率。

Description

一种微波场型无线充电控制方法

技术领域

本发明实施例涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种微波场型无线充电控制方法。

背景技术

目前电子设备大多采用有线式充电，不足之处在于充电过程依赖线缆，存在导线接触与摩擦放电的危险，电压平台和充电接口不一，导致充电过程复杂、充电效能较低。而无线充电以非接触无线方式实现电源与用电设备之间的能量传输，无线充电技术的出现弥补了有线充电的缺陷。

目前的微波无线充电产品，在采用微波输能方式进行无线充电时，天线阵列只能同时启动，为待充电设备进行充电。当所有待充电设备的电量均充满后，才可关闭天线阵列，结束充电过程。这样就会导致充电效率低下，且充电环境暴露在自由空间，安全性无法保证。

发明内容

本发明实施例公开一种微波场型无线充电控制方法，在保证充电安全性的同时，提高了充电效率。

第一方面，本发明实施例公开了一种微波场型无线充电装置，该装置包括：外壳、腔体、微波信号源、功率放大器、发射天线、位置获取模块、控制模块、隔板和置于所述外壳表面的开关按钮，其中，

所述腔体呈箱式结构，置于所述外壳内部，当所述腔体的柜门关闭时，所述外壳用于屏蔽所述腔体内的磁场；

所述隔板，以阶梯分层式结构排布在所述腔体的内部，用于放置待充电设备；

所述微波信号源，置于所述腔体内部，用于在所述开关按钮被触发时，将腔体接收的电信号转换为微波信号；

所述功率放大器，置于所述腔体内部，并与所述微波信号源连接，用于对所述微波信号进行功率放大处理；

所述位置获取模块，置于所述隔板下，用于获取各个待充电设备的位置数据，并将所述位置数据发送到所述控制模块；

所述控制模块，分别与所述位置获取模块和所述发射天线相连，用于根据接收到的位置数据控制对应位置的发射天线启动，并通过确定已启动的发射天线中各天线阵元的权重，控制各天线阵元依据对应的权重辐射微波信号；

所述发射天线包括以阵列形式布设于所述腔体的内壁的多个天线阵元，各个天线阵元分别与所述功率放大器和所述控制模块连接，用于在所述控制模块的控制下启动，并在所述控制模块的控制下依据对应的权重将功率放大后的微波信号向所述腔体的内部辐射，所述待充电设备的接收装置通过接收所述功率放大后的微波信号，以对所述待充电设备进行充电。

可选的，所述控制模块，还用于根据所述待充电设备的电量信息判断电量是否充满，若充满，则控制发射天线停止充电。

可选的，所述控制模块，具体被配置为：

根据待充电设备所需的充电功率等级，确定所述待充电设备对应位置的发射天线阵列的阵列输出信号；

根据所述阵列输出信号和所述天线阵列中各天线阵元的阵元输出信号，确定各天线阵元的权重；

根据所述位置数据，控制与该位置数据对应的各天线阵元启动，并控制各天线阵元依据所述权重向所述腔体内辐射微波信号。

可选的，所述控制模块，具体被配置为：

按照如下公式，确定各天线阵元的权重：

其中，Y(x)为发射天线阵列对应的阵列输出信号；Z_i(x)为天线阵元i对应的阵元输出信号；D^T为天线阵元的权重矢量；C为信号幅度，H是各天线场强方向函数与相位差的矢量；λ为波长；r是天线阵元1与天线阵元i之间的间距。

可选的，所述控制模块，具体被配置为：

确定充电异常状态对应的特征参数；

根据所述状态参数，从预设故障树中查找所述特征参数对应的故障原因；

其中，所述预设故障树模型是通过对不同故障进行分类后得到的。

可选的，所述控制模块，具体被配置为：

确定微波信号的实际传输效率和理想传输效率之间的差异；

如果所述差异大于预设差异阈值，则确定充电过程存在充电效率故障。

可选的，所述控制模块，具体被配置为：

分别按照如下公式确定微波信号的实际传输效率和理想传输效率：

其中，η₁为微波信号的实际传输效率；η₂为微波信号的理想传输效率；P_t为发射天线的功率；P_r为微波信号的接收功率；G_t为发射天线增益；G_r为接收天线增益；λ为工作波长；D为发射天线与待充电设备上的接收天线之间的距离。

可选的，所述装置还包括：

温度传感器，布置于所述腔体的内部，用于采集各个待充电设备和所述腔体的温度数据；

显示屏，布置于所述外壳外侧，用于将所述温度数据、各个隔板上待充电设备的数量、各个待充电设备的充电状态、剩余充电时长和故障状态进行显示。

第二方面，本发明实施例还提供了一种充电控制方法，该方法包括：

接收各个待充电设备的位置数据，并根据所述位置数据控制对应位置的发射天线启动，其中，所述发射天线包括以阵列形式布设的多个天线阵元；

确定已启动的发射天线中各天线阵元的权重；

根据所述权重控制各天线阵元依据对应的权重辐射微波信号。。

可选的，所述确定已启动的发射天线中各天线阵元的权重，包括：

根据待充电设备所需的充电功率，确定所述待充电设备对应位置的发射天线阵列的阵列输出信号；

根据所述阵列输出信号和所述天线阵列中各天线阵元的阵元输出信号，确定各天线阵元的权重；

控制各天线阵元依据所述权重向微波场型无线充电装置的腔体内辐射微波信号。

可选的，根据所述阵列输出信号和所述天线阵列中各天线阵元的阵元输出信号，确定各天线阵元的权重，包括：按照如下公式，确定各天线阵元的权重：

其中，Y(x)为发射天线阵列对应的的阵列输出信号；Z_i(x)为天线阵元i对应的阵元输出信号；；D^T为天线阵元的权重矢量；C为信号幅度，H是各天线场强方向函数与相位差的矢量；λ为波长；r是天线阵元1与天线阵元i之间的间距。

可选的，所述方法还包括：

根据所述待充电设备的电量信息判断电量是否充满，若充满，则控制发射天线停止充电。

可选的，所述方法还包括：

确定充电异常状态对应的特征参数；

从预设故障树中查找所述特征参数对应的故障原因；

其中，所述预设故障树模型是通过对不同故障进行分类后得到的。

可选的，所述方法还包括：

确定微波信号的实际传输效率和理想传输效率之间的差异；

如果所述差异大于预设差异阈值，则确定充电过程存在充电效率故障。

可选的，所述微波信号的实际传输效率和理想传输效率，按照如下公式得到：

其中，η₁为微波信号的实际传输效率；η₂为微波信号的理想传输效率；P_t为发射天线的功率；P_r为微波信号的接收功率；G_t为发射天线增益；G_r为接收天线增益；λ为工作波长；D为发射天线与待充电设备上的接收天线之间的距离。

可选的，所述方法还包括：

当充电状态出现异常时，控制所述显示屏上的显示灯闪烁，并将异常信息发送到用户的客户端；

当出现安全故障时，控制所述外壳内部的报警器进行报警，并控制所述发射天线停止充电，并将故障信息发送到用户客户端。

本发明实施例提供的技术方案，将微波场型无线充电装置设计为箱式结构，并且将箱式结构内部分层，可实现多个设备同时充电。此外，在对各个待充电设备进行充电时，通过利用位置获取模块来感知各个待充电设备的位置，并通过确定该位置对应的各个天线阵元的权重，可控制对应位置的天线阵元依据对应的权重辐射微波信号，从而实现不同数量、不同位置的发射天线的自适应启动，相对于在充电过程中同时启动所有发射天线的方式，本发明实施例这样设置不仅可以实现同时为多个待充电设备按需充电，同时也可达到节省能源的效果，提高了充电效率。

本发明的发明点包括：

1、通过利用位置获取模块来感知各个待充电设备的位置，可根据位置数据来启动对应位置的发射天线。这样设置，可保证待充电设备无论以何种角度放置在任意位置，均可实现无线充电。而对于未放置待充电设备的区域所对应的发射天线，则无需进行启动，相对于在充电过程中同时启动所有发射天线的方式，本发明实施例这样设置提高了充电效率，达到了节省能源的效果，是本发明的发明点之一。

2、通过确定天线阵列中各个天线阵元对应的权重值，可控制天线阵元按照该权重值向腔体内部辐射微波信号，相对于控制各天线阵元均按相同的权重进行启动的方式，本发明实施例这样设置实现了不同位置、不同数量的各天线阵元的自适应启动，进一步提高了充电效率，达到节省能源的效果，是本发明的发明点之一。

3、基于公式本发明实施例提供的权重计算公式，由于天线阵元对应的权重值是通过待充电设备的功率来确定的，因此，不同功率等级的待充电设备所对应的天线阵列输出的功率不同，本发明实施例提供的技术方案可实现同时为多个不同功率等级的待充电设备进行无线充电，是本发明的发明点之一。

4、对于多个待充电设备，控制模块可根据各个待充电设备的电量信息判断电量是否充满，对于充满电量的充电设备，控制模块可控制该设备对应位置的发射天线停止充电，相对于在所有设备均充满电量后再关闭发射天线的方式，本实施例这样设置提高了充电效率，并可达到节省电能的效果，是本发明的发明点之一。

5、控制模块可确定充电异常状态对应的特征参数，并根据特征参数，从预设故障树中查找特征参数对应的故障原因，实现了对充电链路故障的快速诊断，是本发明的发明点之一。

6、微波场型无线充电装置的腔体内配置有散热结构，可保证充电环境温度恒定，提升了充电的安全性，是本发明的发明点之一。

7、微波场型无线充电装置的外壳上设置有显示屏，可对各个待充电设备、腔体的温度数据、各个隔板上待充电设备的数量、各个待充电设备的充电状态、剩余充电时长和故障状态进行显示，实现了供电柜内部充电状态可视化，实现了良好的人机交互，是本发明的发明点之一。

8、控制模块在检测出充电状态出现异常时，通过控制显示屏上的显示灯闪烁，并将异常信息发送到用户的客户端，可及时通知用户充电异常。此外，控制模块在确定出出现安全故障时，控制外壳内部的报警器进行报警，并控制发射天线停止充电，保证了充电过程的安全性，是本发明的发明点之一。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种微波场型无线充电装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的充电系统电路组成框图；

图3是本发明实施例提供的一种发射天线启动控制策略的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种故障树模型示意图；

图5是本发明实施例提供的一种微波场型无线充电装置的显示界面的截屏图；

图6是本发明实施例提供的一种客户端显示界面的截屏图；

图7是本发明实施例提供的微波场型无线充电装置的工作流程示意图；

图8是本发明实施例提供的一种微波场型无线充电控制方法的流程示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅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。

需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种微波场型无线充电装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括外壳1、腔体2、微波信号源(图1中未示出)、功率放大器(图1中未示出)、发射天线3、隔板和置于外壳1表面的开关按钮5、位置获取模块(图1中未示出)和控制模块(图1中未示出)，其中，

腔体2呈箱式结构，置与外壳1内部，当腔体2的柜门关闭时，外壳1用于屏蔽腔体2内的磁场。其中，外壳可以为金属材质。腔体内部设计为无棱角，即腔内四周以及隔板接触点均为圆角。

隔板，以阶梯分层式结构排布在腔体2的内部，用于放置待充电设备。本实施例对隔板的数目不作具体限定，例如，图1中示出了三层隔板，分别是位于腔体最上层的隔板41、位于腔体中间的隔板42和位于腔体最下层的隔板43。本实施例这样设置可实现为多个设备进行同时充电，是本发明的发明点之一。

微波信号源置于腔体2内部，用于在开关按钮5被触发时，将腔体接收的电信号转换为微波信号；功率放大器置于腔体2内部，并与微波信号源连接，用于对微波信号进行功率放大处理。

位置获取模块，置于隔板下，用于获取各个待充电设备的位置数据，并将位置数据发送到控制模块；控制模块，分别与位置获取模块和发射天线3相连，用于根据接收到的位置数据控制对应位置的发射天线启动，并通过确定已启动的发射天线中各天线阵元的权重，控制各天线阵元依据对应的权重辐射微波信号。

发射天线3包括以阵列形式布设于腔体2的内壁的多个天线阵元，各个天线阵元分别与功率放大器和控制模块连接，用于所述控制模块的控制下启动，并依据对应的权重将功率放大后的微波信号向腔体2的内部辐射。待充电设备的接收天线通过接收功率放大后的微波信号，以对待充电设备进行充电。本实施例中，发射天线可以为柔性超材料，全面、均匀地覆盖在隔板各裸露面以及腔内四周。

本实施例中，微波场型无线充电装置还包括：第一通信模块，待充电设备端包括数据采集模块和第二通信模块，其中，

数据采集模块，用于通过传感器采集待充电设备的电量信息(包括电流、电压等)、充电功率、剩余充电时间和温度信息等数据进行采集；

第一通信模块和第二通信模块，用于建立待充电设备和微波场型无线充电装置之间的通信连接，数据采集模块可通过第二通信模块和第一通信模块，将所采集数据传输到微波场型无线充电装置中的控制模块，以供该控制模块进行充电效率和天线阵元的权重等参数的计算。

具体的，图2是本发明实施例提供的充电系统电路组成框图，下面结合图2对本发明实施例提供的无线充电过程进行详细介绍。

如图2所示，在外壳表面的开关按钮被按下时，微波场型无线充电装置的腔体接入接市电，腔体内的微波信号源可将电信号转变为微波信号，再经功率放大器将微波信号变为大功率微波能量，经发射天线向腔体内辐射。待充电设备的无线接收装置通过接收功率放大后的微波信号，可对待充电设备进行充电。在充电过程中，数据采集模块通过传感器对电量信息、充电电压、电流、剩余充电时间和温度信息等数据进行采集，并将采集的数据通过第二通信模块和第一通信模块发送到控制模块，以供该控制模块进行充电效率和天线阵元的权重等参数的计算。

进一步的，上述发射天线中各个天线阵元的启动和关闭可在控制模块的控制下进行，示例性的，位置获取模块，可于获取各个待充电设备的位置数据，并将位置数据通过第一通信模块发送到控制模块。控制模块可根据接收到的待充电设备的位置数据控制对应位置的发射天线启动。此外，对于任意一个待充电设备，控制模块还可根据该待充电设备的电量信息判断是否电量是否充满，若充满，则控制该待充电设备对应位置的发射天线停止充电。这样设置，可保证充电柜内的待充电设备无论以何种角度放置在任意位置，均可实现无线充电。而对于未放置待充电设备的区域所对应的发射天线，则无需进行启动，相对于在充电过程中同时启动和关闭所有发射天线的方式，本发明实施例这样设置实现了不同位置、不同数量的各天线阵元的自适应启动，提高了充电效率，达到了节省能源的效果，是本发明的发明点之一。

进一步的，在发射天线启动后，可通过确定已启动的发射天线中各天线阵元的权重来控制各天线阵元依据对应的权重向腔体内辐射微波信号。本实施例这样设置，可实现对不同位置的不同待充电设备按需充电。相对于控制各天线阵元均按相同的权重进行启动的方式，本实施例这样设置能够实现不同位置、不同数量的发射天线自适应的启动和关闭，进一步提高了充电效率，可达到节省电能的效果，是本发明的发明点之一。下面对控制模块对发射天线的控制策略进行详细介绍。

请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种发射天线启动控制策略的流程示意图，如图3所示，待充电设备放入充电柜后，柜体内传感器会感知待充电设备的位置数据，控制模块会根据位置数据来控制对应位置的发射天线进行启动。这样设置，可保证待充电设备无论以何种角度放置在任意位置，均可实现无线充电，是本发明的发明点之一。而对于未放置待充电设备的区域所对应的发射天线，则无需进行启动，达到了节省能源的效果。此外，在发射天线启动后，待充电设备端的数据采集模块会采集待充电设备的充电电流、充电电压等信号，这些信号和待充电设备的位置数据可统称为来波信号，并通过第二通信模块和第一通信模块传输到控制模块。控制模块会根据接收到的充电电流和充电电压计算待充电设备的充电功率，从而基于该充电功率来确定已启动的发射天线阵列中各个天线阵元的权重，即控制模块会执行自适应控制算法，确定各个天线阵元的权重。并且控制模块会依据权重大小调整对应天线阵元辐射出的能量。天线阵列中的各个天线阵元会在控制模块的控制下，依据对应的权重比例向腔体内辐射微波信号，以开始对待充电设备充电。下面，对控制模块所执行的自适应控制算法进行详细介绍：

优选的，本实施例中，发射天线以阵列形式设置于腔体的内壁。系统已知天线单元数量，各天线阵元间距和天线阵元场强方向函数。天线阵列输出信号Y(x)可以为待充电设备的充电功率。具体的，待充电设备的充电功率可通过待充电设备的充电电流和电压来确定。而待充电设备的充电电流和电压可通过待充电设备端的数据采集模块进行采集，并通过待充电设备端的第二通信模块和微波场型无线充电装置端的第一通信模块发送到控制模块。控制模块可根据待充电设备的充电功率，确定待充电设备对应位置的发射天线阵列的阵列输出信号，并根据阵列输出信号和天线阵列中各天线阵元的阵元输出信号，计算出各阵元的权重比例分配，从而按照权重来控制各天线阵元输出的功率。这样设置，可实现腔体内壁上不同数量、不同位置的天线阵元的自适应启动。并且，由于天线阵元对应的权重值是通过待充电设备的功率来确定的，因此，不同功率的待充电设备所对应的天线阵列输出的功率不同，本实施例提供的技术方案可实现同时为多个不同功率等级的待充电设备进行无线充电，是本发明的发明点之一。其中，各天线阵元的权重可通过如下公式来计算。

具体的，设腔体内部的发射天线排布为一个m元天线阵列，令g_i(α)为第i个天线阵元的场强方向函数，r_i是天线阵元1与天线阵元i之间的间距，其范围为10-60mm；设来波信号(包括待充电设备的位置数据、电压和电流等)的方向为α，频率为ω，z_i(x)是天线阵元i收到的信号，天线阵元输出的信号矢量为：

Z(x)＝[z₁(x)，z₂(x)，···，z_m(x)]^T

其中，T为向量转置，

Z(x)＝Cr^jωxH

C为信号幅度，H是各天线场强方向函数与相位差的矢量：

式中，相位

i≥2，λ为波长；

本实施例中，控制模块可按照如下公式确定各天线阵元的权重：

其中，Y(x)为发射天线阵列对应的阵列输出信号；Z(x)为天线阵元对应的阵元输出信号；D^T为天线阵元的权重矢量，D^T的范围为0-1，一般底部天线的权重大于侧面天线的权重。由于上述公式已考虑到各个天线阵元在天线阵列中的位置，因此，各天线阵元在控制模块的控制下，按照计算出的权重向腔体内部辐射能量。进一步的，本实施例中，控制模块还具有故障诊断和故障监控功能，具体可通过如下方式来实现：

当信道通信判定信道链路发生故障后，系统自动记录故障状态，然后选取具有即时的特征参数Fi，再基于构建好的故障树模型对故障进行自动分类选择，以及时找出故障的原因，即故障类型Di，从而实现充电链路故障的快速诊断，是本发明的发明点之一。

具体的，图4是本发明实施例提供的一种故障树模型示意图，如图4所示，当判断出充电效率异常时，可从如图4所示的故障树模型中确定故障状态是充电效率异常是发射天线故障，还是微波源故障或者是接收端故障，如果是发射天线故障，在得到特征参数F11后，则可进一步确定是天线启动故障还是天线耦合故障。

进一步的，本实施例中，对于充电效率故障的判断，控制模块具体可通过如下步骤来实现：确定微波信号的实际传输效率和理想传输效率之间的差异；如果该差异大于预设差异阈值，则确定充电过程存在充电效率故障。其中，微波信号的实际传输效率和理想传输效率可通过如下公式来确定：

其中，η₁为微波信号的实际传输效率；η₂为微波信号的理想传输效率；P_t为发射天线的功率；P_r为微波信号的接收功率；G_t为发射天线增益；G_r为接收天线增益；λ为工作波长；D为发射天线与待充电设备上的接收天线之间的距离，其范围优选为50mm-1000mm。

本实施例中，如图1所示，微波场型无线充电装置还包括显示屏6，布置于外壳1的外侧，用于将腔体内温度传感器所采集的温度数据、各个隔板上待充电设备的数量、各个待充电设备的充电状态、剩余充电时长和故障状态进行显示，实现了供电柜内部充电状态可视化，实现了良好的人机交互，是本发明的发明点之一。具体的，图5是本发明实施例提供的一种微波场型无线充电装置的显示界面的截屏图，如图5所示，通信模块会将温度传感器所采集的温度数据、待充电设备的总数、各个隔板上待充电设备的数量、各个待充电设备的充电状态、剩余充电时长和故障状态进行显示。

此外，微波场型无线充电装置还包括显示灯7，布置于外壳1的外侧，控制模块在诊断出信道链路发生故障状态后，可控制显示屏上的显示灯闪烁，以提示工作人员充电出现异常。此外，控制模块还可通过通信模块将充电异常的相关信息，例如故障状态、故障原因等发送到用户端APP(Application，应用程序)上，以通知用户充电状态。此外，在外壳内部还设置有蜂鸣报警器(图1中未示出)，如果控制模块判断出充电过程中出现安全故障，则控制报警器报警，并将安全故障对应的相关信息，例如故障状态、故障原因等发送到用户端APP上，保证了充电过程的安全性，是本发明的发明点之一。

具体的，图6是本发明实施例提供的一种客户端显示界面的截屏图，如图6所示，通信模块还会将温度传感器所采集的温度数据、待充电设备的总数、各个隔板上待充电设备的数量、各个待充电设备的充电状态、剩余充电时长和故障状态发送到用户客户端的显示界面，以供用户对待充电设备的充电状态进行监控。

进一步的，本实施例提供的微波场型无线充电装置的腔体的内部布置有温度传感器，用于采集各个待充电设备和腔体的温度数据。并且，腔体内部还设置有散热装置，以控制供电装置工作时箱内温度恒定，提升了充电的安全性，是本发明的发明点之一。当控制模块检测出腔体内存在安全故障时，例如，腔体内的温度高于预设温度时，控制模块控制发射天线停止供电。

下面结合图7所示的微波场型无线充电装置的工作流程示意图，对本实施例提供的微波场型无线充电装置的工作过程进行详细介绍。

如图7所示，当充电设备，即上文中所提到的待充电设备放入充电柜，即本实施例提供的微波场型无线充电装置后，将柜门关闭，并接通电源。待充电设备端的位置传感器感知到待充电设备的位置后，通过待充电设备端的通信模块和微波场型无线充电装置中通信模块，将位置数据发送到控制模块(图7中为故障诊断模块)。控制模块会根据待充电设备的位置控制不同区域的发射天线启动。此时，待充电设备端的数据采集模块会采集待充电设备的电量(包括充电电流和充电电压等)和温度数据，并通过待充电设备端的通信模块和微波场型无线充电装置中通信模块，将电量数据和温度数据发送到控制模块，控制模块会计算已启动的发射天线中各天线阵元的权重，并根据权重来调整各天线阵元输出的功率，以对待充电设备进行充电。

在充电过程中，控制模块会判断充电过程是否正常，如果正常，则开始对充电设备进行充电。当检测到某个充电设备的电量充满时，控制模块会将该设备对应区域的发射天线关闭。如果检测到全部待充电设备的电量均充满后，则控制供电柜断电，并发送通知给用户。在充电过程中，如果控制模块判断出充电过程出现异常，则控制报警灯显示红色，并发送通知到客户端。或者，如果控制模块检测出充电过中的温度过高，即高于设定温度阈值时，则说明充电过程存在安全问题，此时，控制蜂鸣报警器报警，并控制供电柜自动断电，并发送通知到用户的客户端，充电过程结束。

本实施例提供的技术方案，将微波场型无线充电装置设计为箱式结构，并且将箱式结构内部分层，可实现多个设备同时充电。并且，微波场型无线充电装置的腔体配置有散热结构，可保证充电环境温度恒定，提升了充电的安全性。在微波场型无线充电装置中，在对各个待充电设备进行充电时，通过利用位置获取模块来感知各个待充电设备的位置，并通过确定该位置对应的各个天线阵元的权重，可控制对应位置的天线阵元依据对应的权重辐射微波信号，从而实现不同数量、不同位置的发射天线的自适应启动，达到节能的效果。并且，控制模块还具有故障自诊断功能，可根据异常充电状态进行报警、切断电源、对异常信息进行反馈。此外，本实施例提供的微波场型无线充电装置具有良好的人机交互界面，使得供电柜内部充电状态实现可视化。

实施例二

请参阅图8，图8是本发明实施例提供的一种微波场型无线充电控制方法的流程示意图。该方法应用于上述微波场型无线充电装置的充电过程中，可由微波场型无线充电装置中的控制模块来执行。如图8所示，本实施例提供的充电控制方法具体包括：

110、接收各个待充电设备的位置数据，并根据位置数据控制对应位置的发射天线启动。

其中，所述发射天线包括以阵列形式布设的多个天线阵元；待充电设备的位置数据可通过位置传感器获取得到。

120、确定已启动的发射天线中各天线阵元的权重。

示例性的，可根据待充电设备所需的充电功率，确定发射天线阵列的阵列输出信号，并根据阵列输出信号和天线阵元的阵元输出信号，确定各天线阵元的权重，具体可通过如下公式来实现：

本实施例中，设柜体内部发射天线排布为一个m元天线阵列，令g_i(α)为第i个天线阵元的场强方向函数，r_i是天线阵元1与天线阵元i之间的间距，其范围范围为10-60mm；设来波信号的方向为α，频率为ω，z_i(x)是天线阵元i收到的信号，天线阵元输出的信号矢量为

Z(x)＝[z₁(x)，z₂(x)，···，z_m(x)]^T

其中，T为向量转置，

Z(x)＝Cr^jωxH

其中，C为信号幅度，H是各天线场强方向函数与相位差的矢量

式中，相位

i≥2，λ为波长；

D是权矢量，D＝[d₁，d₂，···，d_m]^T；

每个发射天线的权重D可通过如下公式得到：

其中，Y(x)为发射天线阵列对应的阵列输出信号；D^T为天线阵元的权重矢量，D^T的范围为0-1，一般底部天线的权重大于侧面天线的权重

130、根据得到的权重控制各天线阵元依据对应的权重辐射微波信号。

其中，天线阵元的具体启动方式可参照上述实施例的说明，此处不再赘述。

进一步的，所述方法还包括：

根据所述待充电设备的电量信息判断电量是否充满，若充满，则控制发射天线停止充电。

进一步的，所述方法还包括：

确定充电异常状态对应的特征参数；

从预设故障树中查找所述特征参数对应的故障原因；

其中，所述预设故障树模型是通过对不同故障进行分类后得到的。

进一步的，所述方法还包括：

确定微波信号的实际传输效率和理想传输效率之间的差异；

如果所述差异大于预设差异阈值，则确定充电过程存在充电效率故障。

进一步的，所述微波信号的实际传输效率和理想传输效率，按照如下公式得到：

其中，η₁为微波信号的实际传输效率；η₂为微波信号的理想传输效率；P_t为发射天线的功率；P_r为微波信号的接收功率；G_t为发射天线增益；G_r为接收天线增益；λ为工作波长；D为发射天线与待充电设备上的接收天线之间的距离，其范围优选为50mm-1000mm。

可选的，所述方法还包括：

当充电状态出现异常时，控制所述显示屏上的显示灯闪烁，并将异常信息发送到用户的客户端；

当出现安全故障时，控制所述外壳内部的报警器进行报警，并控制所述发射天线停止充电，并将故障信息发送到用户客户端。

本实施例提供的技术方案，通过获取待充电设备的位置，可根据位置数据来启动对应位置的发射天线。这样设置，可保证待充电设备无论以何种角度放置在任意位置，均可实现无线充电。而对于未放置待充电设备的区域所对应的发射天线，则无需进行启动，相对于在充电过程中同时启动所有发射天线的方式，本实施例这样设置提高了充电效率。此外，通过确定天线阵列中各个天线阵元对应的权重值，可控制天线阵元按照该权重值向腔体内部辐射微波信号，相对于控制各天线阵元均按相同的权重启动的方式，本实施例这样设置实现了不同位置、不同数量的各天线阵元的自适应启动，进一步提高了充电效率，达到节省能源的效果。

在本发明的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在本发明所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

上述集成的单元若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可获取的存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或者部分，可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干请求用以使得一台计算机设备(可以为个人计算机、服务器或者网络设备等，具体可以是计算机设备中的处理器)执行本发明的各个实施例上述方法的部分或全部步骤。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

以上对本发明实施例公开的一种微波场型无线充电控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种微波场型无线充电控制方法，其特征在于，包括：

接收各个待充电设备的位置数据，并根据所述位置数据控制对应位置的发射天线启动；其中，所述发射天线包括以阵列形式布设的多个天线阵元；

确定已启动的发射天线中各天线阵元的权重；

根据所述权重控制各天线阵元依据对应的权重辐射微波信号；

其中，确定已启动的发射天线中各天线阵元的权重，包括：

根据待充电设备所需的充电功率，确定所述待充电设备对应位置已启动的发射天线阵列的阵列输出信号；

根据所述阵列输出信号和所述天线阵列中各天线阵元的阵元输出信号，确定各天线阵元的权重；

控制各天线阵元依据所述权重辐射微波信号；

其中，根据所述阵列输出信号和所述天线阵列中各天线阵元的阵元输出信号，确定各天线阵元的权重，包括：

按照如下公式，确定各天线阵元的权重：

其中，m表示天线阵元的总个数；Y(x)为发射天线阵列对应的阵列输出信号；Z(x)为天线阵元输出的信号矢量；ω为频率；α表示来波信号的方向；g_i(α)为第i个天线阵元的场强方向函数；相位

T为向量转置；d_i表示天线阵元i的权重；z_i(x)为天线阵元i对应的阵元输出信号；D^T为天线阵元的权重矢量；C为信号幅度，H是各天线场强方向函数与相位差的矢量；λ为波长；r_i是天线阵元1与天线阵元i之间的间距。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述待充电设备的电量信息判断电量是否充满，若充满，则控制发射天线停止充电。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定充电异常状态对应的特征参数；

从预设故障树中查找所述特征参数对应的故障原因；

其中，所述预设故障树模型是通过对不同故障进行分类后得到的。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定微波信号的实际传输效率和理想传输效率之间的差异；

如果所述差异大于预设差异阈值，则确定充电过程存在充电效率故障。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微波信号的实际传输效率和理想传输效率，按照如下公式得到：

其中，η₁为微波信号的实际传输效率；η₂为微波信号的理想传输效率；P_t为发射天线的功率；P_r为微波信号的接收功率；G_t为发射天线增益；G_r为接收天线增益；λ为工作波长；D为发射天线与待充电设备上的接收天线之间的距离。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当充电状态出现异常时，控制显示屏上的显示灯闪烁，并将异常信息发送到用户的客户端；

当出现安全故障时，控制外壳内部的报警器进行报警，并控制所述发射天线停止充电，并将故障信息发送到用户客户端。

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