(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111584564.0 (22)申请日 2021.12.2 2 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221000 江苏省徐州市南郊翟山 申请人 青岛龙发热电有限公司 (72)发明人 胡青松　魏自强　姜文斌　徐敏德　 吕晓偌　 (74)专利代理 机构 安徽潍达知识产权代理事务 所(普通合伙) 3416 6 代理人 常莹 (51)Int.Cl. H02J 50/00(2016.01) G06Q 50/06(2012.01) G06Q 10/00(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) (54)发明名称 一种受控与机会混合式无线 充电方法 (57)摘要 本发明公开了一种受控与机会混合式无线 充电方法， 涉及煤矿相关领域， 为了实现矿山物 联网节点的无线充电， 需在煤矿 巷道内部署一定 数量的固定充电站， 它们直接与井下电网相接， 因此具有稳定的电能供应。 每个固定充电站还需 配备若干移动充电装置， 移动充电装置在固定充 电站处充满电之后， 按照一定调度策略为巷道内 的节点充电。 本发明为一种受控与机会混合式无 线充电方法， 在不影响矿工工作效率的情况下， 利用携带便携式充电装置的矿工的顺带充电能 力， 提高矿井无线 充电的充电性能。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 114285176 A 2022.04.05 CN 114285176 A 1.一种受控与机会混合式无线 充电方法， 其特 征在于， 其具体方 方法为： 在巷道侧壁上安装有N个无线可充电节点， 巷道中每隔一定距离部署有一个固定充电 站(Stationary  Charger， SC)， 其中SC负责为移动充电装置(Mobile  Charger， MC)充电， 每 个检修工携带有一个便携式充电装置， 因此一个检修工就是一个机会MC， 假定MC(若 无特殊 说明， MC泛指受控MC或机会MC， 受控MC指携带便携式充电装置的矿工， 机会MC指受控充电模 式中的MC)的充电半径为rch， 通信半径为rco， 且有rch≤rco； 其中， 机会MC可通过在SC处充电 和电池交换的方式补充能量； 不失一般性， 假定检修工按照区域1 ‑5的顺序进行检修， 当检修工到达一个区域(比如 区域2)后， 检修工对该区域内的待检修设备进 行检修， 在检修过程中， 将有一定数量的矿山 物联网(Mine  Internet  of Things,MIoT)节点位于机会 MC的充电半径rch内， 它们可以通 过 机会充电的方式从机会MC处获得能量， 从机会MC的移动路径看， 当检修工在检修区域之间 移动的时候， 其移动路径将会形成一种逻辑环形结构， 在检修工对某个检修区域中的待检 修设备进行检修的时候， 待检修设备与该检修区域形成一种分支结构， 检修设备附近的 MIoT节点则作为待检修的分支， 最终将形成以检修区域为环、 待检修设备与MIoT节点为分 支的环形与树形混合结构； 不失一般性， 假定第i个检修区域Pi,i＝1,…,m中有ni个待检修设备和oi个待充电节 点， 当检修工检修 1#待检修设备时， 第1、 8、 9号节 点处于检修工所携带的机会MC的充电半径 rch内， 然后可为它 们提供充电服 务。 2.根据权利要求1所述的一种受控与机会混合式无线充电方法， 其特征在于： 某个待充 电节点(比如N odek,k∈[1,N])从M C接收到的功率Pr(k)可表示 为： 其中， α ＝GMCGr(k)η λ2PMC/[Lp(4π )2]， GMC和Gr(k)分别是MC和Nodek的天线增益， η是整流效 率， PMC是MC的发射功率， Lp是极化损耗， λ为充电信号波 长， dk是MC与Nodek间的距离， β 是用于 修正Friis自由空间方程在短距传输时的参数； 假定MC为Nodek充电的时间为 那么Nodek所充得的电量 为： MIoT节点只要处于MC的充电范围， 便可从MC获得能量， 因此MC在移动过程中也可为沿 途节点充电(简称为移动充电)， 假定MC在巷道中线运动， Sk即为节点No dek， O为Sk在MC所在 竖直平面(垂直于巷道中线的平面)的投影， 那么|OSi|＝w/2， 其中w为巷道宽度， 假定MC从 左向右运动， MC与No dek之间的实时距离为 di， 点M为MC的充电波束 刚能覆盖No dek时MC所在 位置， 此时 di为充电半径， 即di＝rch， 当运动到M ’时， MC的充电波束刚好不能覆盖 Nodek， 此时 的di也满足di＝rch， 在此过程中， 令MC的充电波束始终指向No dek， 因此一直能够为Nodek充 电， 显然， di随着MC的运动先减小和 增大， 当运动到O点时达 到极小值|OSi|； 假定MC的移动速度为v， 是MC从点M运动到点O过程中为Nodek所充的电量， 则为从 M运动到O所需的时间， 为MC从点O运动到点M ’过程中为Nodek所充的电量， 则是从O运 动到M’所需的时间， 显然有 MC在从M运动到M ’能够为Nodek所充的电权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114285176 A 2量可表示 为： 若机会MC为Nodek充得的电量 无法满足Nodek的能量需求， 则需继续调度受控MC为其 充电， 在需要区分的时候， 将受控MC和机会MC的 改写为 和 改写为 和 改写为 和 若受控MC运动到O点时， 为Nodek所充的电量 仍然无法满足节点 需要， 受控MC就查看 自己的调度路径， 判断是否需要继续向前运动。 3.根据权利要求2所述的一种受控与机会混合式无线充电方法， 其特征在于： 若还需继 续向前运动， 则判断运动到 M’所充的电量 是否能够满足N odek需要； 若能够满足， 则保持该速度继续向前运动即可； 若无法满足， 则需要在O点停留下来为Nodek充电， 简称停留充电， 直到离充满还需 时开始向前运动， 没有 充满的 电量在运动过程中补齐； 如果受控MC不需要继续向前运动， 它将在O点为Nodek进行停留充电， 直到Nodek充满为 止。 4.根据权利要求1所述的一种受控与机会混合式无线充电方法， 其特征在于： 受控充电 模式(C&O  Charging)的目标是使 得受控MC为所有节 点完成一轮充电的时间最小， 其优化目 标函数可表达为： Minimize： subjet to： 在式所示的优化目标函数中， 是受控MC在Nodek处停留充电的时间， 表示受控MC 在一轮充电中停留充电的总时间， Tm表示受控MC在一轮充电中的总移动时间， 由于有机会 MC的存在， 每一轮需要受控MC充电的节点可能并不完全相同， 经过的巷道区域也可能不同， 进而使得各轮的Tm不同； 式给出的约束表示受控MC在Nodek处的停留充电量 与在移动中的充电量 之和 必须大于等于N odek的能量需求 式给出的约束表示为了Nodek能够持续工作， 受控MC必须在Nodek的能量耗尽之前开始 为其充电， 其中 表示节点的剩余工作时间， 表示受控MC从当前位置出发， 中途不作停留 到达Nodek所需的时间， 简称移动到达时间； 若无法满足式， 则节点将被迫进入缺点休眠状 态， 当得到电量补充后再度苏 醒。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114285176 A 3