[發明專利]一種無線電能傳輸系統及傳輸方法

有效

• 申請號: 201210320837.5
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102868235A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 張超;劉國強;郭亮;徐小宇;宋顯錦
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

1.一種無線電能傳輸系統，其特征在于：所述的無線電能傳輸系統劃分為多個區域，每個區域均包含一個主節點和多個副節點；主節點通過磁諧振耦合方式把能量單向傳輸給所在區域的副節點，實現區域內無線電能傳輸；各區域主節點之間通過磁諧振耦合方式進行雙向無線電能傳輸，實現區域間無線電能傳輸。

2.根據權利要求1所述的無線電能傳輸系統，其特征在于：所述的主節點包括能量捕獲模塊、能量存儲模塊、能量轉換模塊、能量發送/接收模塊、能量管理模塊和無線通信模塊；所述的副節點包括能量接收模塊，能量轉換模塊、能量存儲、能量管理模塊和無線通信模塊；所述的主節點通過磁諧振耦合無線電能傳輸的方式把能量單向傳輸給所在區域的副節點，實現區域內無線電能傳輸；各區域主節點之間進行雙向無線電能傳輸，實現區域間無線電能傳輸。

3.根據權利要求1或2所述的無線電能傳輸系統，其特征在于：所述的主節點中，所述的能量捕獲模塊和能量存儲模塊單向連接，能量存儲模塊與能量轉換模塊雙向連接，用于能量的存儲和釋放；能量轉換模塊與能量發送/接收模塊雙向連接，能量轉換模塊根據能量流向將電能由直流轉換成高頻交流或由高頻交流轉換成直流，能量發送/接收模塊用于能量的發送或接收；能量管理模塊用于管理系統能量的存儲、轉換和分配，能量管理模塊與能量捕獲模塊、能量存儲模塊、能量轉換模塊，以及能量發送/接收模塊均雙向連接；無線通信模塊用于區域內主節點與副節點之間，以及區域間主節點之間的信號傳輸，無線通信模塊與能量管理模塊雙向連接。

4.根據權利要求1或2所述的無線電能傳輸系統，其特征在于：所述的副節點中，所述的能量接收模塊與能量轉換模塊單向連接，能量接收模塊用于能量的接收；能量轉換模塊與能量存儲模塊單向連接，能量轉換模塊用于將電能由高頻交流轉換成直流，能量存儲模塊用于存儲能量；能量管理模塊用于管理系統能量的存儲、轉換和分配，能量管理模塊與能量接收模塊、能量轉換模塊和能量存儲模塊雙向連接；無線通信模塊用于區域內主節點與副節點之間的信號傳輸，無線通信模塊與能量管理模塊雙向連接。

5.根據權利要求1所述的無線電能傳輸系統，其特征在于：所述的區域內無線電能傳輸為區域內主節點向副節點的單向能量傳輸，主節點只作為能量發送端，副節點只作為能量接收端；區域間無線電能傳輸為區域主節點之間的雙向能量傳輸，主節點既作為能量發送端，又作為能量接收端。

6.根據權利要求1所述的無線電能傳輸系統，其特征在于，所述的主節點全部為靜止節點，所述的副節點為靜止節點或運動節點；向運動副節點提供電能的主節點由運動節點接收電能時刻所處的位置決定。

7.根據權利要求1所述的無線電能傳輸系統，其特征在于：所述的主節點的能量捕獲模塊獲取能量的來源為環境中的振動能、太陽能、熱能中的一種或幾種。

8.應用權利要求1所述的無線電能傳輸系統的無線電能傳輸方法，其特征在于：

1）當副節點電能供應不足時，無線通信模塊將能量管理模塊檢測到的能量需求信息發送給所在區域主節點無線通信模塊，提出能量請求；

2）區域主節點的無線通信模塊接收到請求后，能量管理模塊檢測能量存儲模塊存儲的電量是否能滿足副節點的需求；如果滿足，所述區域主節點將能量傳輸給副節點，完成區域內無線電能傳輸過程；如果不滿足，則進入以下步驟：

3）區域主節點作為能量請求主節點向鄰近區域主節點發出能量供給請求，所屬能量管理模塊根據鄰近區域主節點能量管理模塊反饋的信息，依據無線電能傳輸最優路徑選擇標準決定能量供給主節點及能量傳輸路徑；

4）選定的能量供給主節點將能量無線傳輸給能量請求主節點，完成區域間無線電能傳輸過程；

5）能量請求主節點再將能量傳輸給副節點，完成區域內無線電能傳輸過程。

9.根據權利要求8所述的無線電能傳輸方法，其特征在于：所述步驟3）中無線電能傳輸最優路徑選擇標準為：

1）能量請求主節點的相鄰區域主節點的能量存儲量可以滿足需求時，相鄰區域主節點直接向能量請求主節點無線傳輸電能；如果與能量請求主節點相鄰的多個區域主節點均滿足能量供給需求，能量管理模塊選擇能量傳輸路程最短的主節點作為能量供給主節點；如果多個主節點到能量請求主節點的路程相同且能量存儲量均能夠滿足能量請求主節點的需求，能量管理模塊選擇能量存儲量最大的主節點作為能量供給主節點；

2）能量請求主節點的相鄰區域主節點能量存儲量不能滿足需求時，能量請求主節點請求非相鄰區域的主節點提供能量；借助能量供給主節點到能量請求主節點路徑之間的區域主節點作為中繼主節點，能量供給主節點完成向能量請求主節點的無線電能傳輸；如果有多個主節點滿足能量請求主節點的能量供給需求，并且到能量請求主節點的能量傳輸路程相同，則選擇能量傳輸路徑上中繼主節點最少的主節點作為能量供給主節點；反之，如果多個主節點到能量請求主節點之間的路徑上中繼主節點數量相同，則選擇能量傳輸路程最短的主節點作為能量供給主節點。