一种无线自动充电计费空间站技术领域
本申请涉及到停车场管理、汽车生产、手机运营商、手机生产、医疗保健产品生产、
便携式电器生产等领域；具体涉及到一种无线自动充电计费空间站。
背景技术
随着科技的发展，新能源汽车、移动通讯设备和各种便携式电器将会更广泛应用
于市场，但充电的不方便性所造成的矛盾也日益暴露，特别是在以下两大领域，国内外均未
有良好的解决方案。
目前国内乃至国外，在新能源汽车的推行上最大的阻力就在于充电问题，虽然各
生产企业在积极降低能耗、提高电池容量和提升充电速度，但总比不上加汽油快速和方便，
具体在于①充电桩数量不足，甚至在多数情况下被非新能源汽车占用充电车位；②在停车
场充电时，所需时间长，车主无法及时将充完电的汽车移开，把充电车位让给其他车主使
用，导致利用率低；③停车场内绝大部分的停车位为非充电车位，针对于新能源车的角度来
说，是一个极大的浪费，要在每个停车位都安装有线充电桩需要巨大费用的投入，在短期内
难以实现和被接受。所以利用目前现有的停车场条件，装备一种新型的、低投入的充电方
式，使所有停车位全方位或大部份得到及时充电，是一种与时俱进的手段，能有效的促进新
能源汽车的推广。
在移动通讯方面，各大中小城市，几乎人手一台甚至两台手机，使用者每天携带充
电器、寻找充电电源具有极大的不方便性，在很多场合也无法提供电源，使用者也未必能坐
着等充电，而携带移动电源又具有危险性，哪怕在家庭里，经常一排手机对应着不同的充电
器在充电，既不安全又不方便。一种中距离的、新的充电方式，能为手机运营商和生产企业
提供一种新的服务手段，也为公交车和地铁、机场、候车室、广场等公共设施和商场、餐厅、
酒店、电影院等商业场所和写字楼、办公室、工厂区等办公工作环境，提供了一种优质服务
措施，甚至解决了家庭中一排充电器的困扰问题。
因此，传统的充电方式，已无法满足新科技应用的需要，甚至成为其发展的阻力，
更新和调整一种新的概念，特别是在新能源汽车充电领域中，充分发挥所有停车位均能完
成充电工作和一个充电桩一个晚上可给予多台车分时段、连续性充电的优势，已是势在必
行。
发明内容
针对上述问题，本申请提供一种无线自动充电计费空间站。
为了实现以上目的，本申请采用以下技术方案：用户端作为用电需求者，同时也是
连接电能提供方无线自动充电桩和计费平台的桥梁，所述用户端包含需求分析系统、电源
接收系统和电量分析统计系统，所述无线自动充电桩包含需求自动识别系统、分析计算系
统、选择调节系统和电源发射系统，所述计费平台包含费用扣除系统，其特征在于：需求分
析系统具备使用者对充电需求的设置、调整功能，同时具备自动搜寻需求自动识别系统并
将需求请求发送的功能；而需求分析系统具备自动判断用户用户所需的电流电压等数据、
分析和计算用户所在位置、用户位置变化，计算出最优化的供电方案并将指令下达给选择
调节系统；调节系统调整相应的参数，包含发射的方向，启动对应的发射头；进一步的，用户
端的电源接收系统自动收集电能，并将收集数据反馈到电量分析统计系统；按设定的要求，
用户端将用能数量发送至计费平台的费用扣除系统，实现整个流程完全自动化，任何环节
均无须人为参与。
作为优选，所述需求分析系统和需求自动识别系统之间的通讯采用蓝牙传输方
式，也可以使用wifi、移动通讯网络、红外、微波中的一种或两种以上组合方式，甚至其他传
输方式。
在移动通讯领域蓝牙优选Class B制式，在新能源汽车充电领域蓝牙优选Class A
制式，当然，在不同的具体应用空间，两种制式可以互换，甚至同时使用。
作为优选，所述蓝牙模块采用BLUENRG-MS，V4.1版本以确保数据传输速率达到
1Mbps，也可以使用BLUENRG甚至CC2640、CC2541或其他任意一种芯片，主要用于产品型号、
目前电量、停止充电电量以及需求分析系统的编码等信息的传输和反馈。
作为优选，分析计算系统预先储存各种新能源车辆或手机的型号、充电参数等信
息，目的在于减少传输内容，提高传输效率，也可以在发送充电请求时与需求信号合并传
送。
所述分析计算系统，采用单片机集成电路，固定在无线自动充电桩内，也可以采用
微型计算机，用于运算出用户所在的具体位置及最佳充电方案，包含启动最合适的发射头、
给方向调节器下达调整指令、处理预约排队信息、调控发射头的能量发送、终止充电。
作为优选，计算分析系统采用80C51芯片作为数据处理核心，具体包含数据采集功
能、信号检测功能、无线感知功能、控制功能、通信功能，其中的控制器通过外部总线与外部
存储器K9F1208、输入输出接口电路联接，外部存储器用于新能源车辆或手机的型号、充电
参数等信息的存储，当然核心处理器和外部存储器也可以使用其他型号的芯片。
作为优选，选择调节系统内置方向调节器，用于调整发射头的发射方向，使供能过
程的能耗处于最小状态，所述调节器安装有微型转向电机及其转向结构，可进行左右和上
下分开转动或合并转动，也可以不安装方向调节器，将发射头固定在最佳方向上。
作为优选，一套无线自动充电桩，视使用空间的大小，安装1—4个发射头，也可以
是其他数量。
所述发射头和方向调节器相连接，与充电桩固定为一整体，也可以分开安装，进行
有线或无线相连接。
所述发射头上安装有聚能罩或聚能片，使能量呈束状或线状发送，也可以不做结
构处理，使能量呈漫射状发送，不同结构视不同使用场景和目的，使用不同的方案，作为优
选，在新能源汽车充电上选用带有聚能的方案，在手机充电上选用漫射方案，当然也可以是
与上述相反的方案，甚至多种方案合并使用。
无线自动充电桩配备信号感知器组，属于需求自动识别系统的硬件装置的一部
分，用于接收用户的蓝牙信号，通过不同感知器接收到的信号强弱不同，形成对用户所在位
置的精确定位，作为优选，视使用空间的大小和形状，每套充电桩配备数量为3—5个，也可
以是其他任意数量。
所述信号感知器，与充电桩固定为一整体，也可以分开安装，进行有线或无线相连
接，也可以和发射头合并成一个整体。
无线自动充电桩的安装位置，根据不同使用场景，可安装在天花、墙面、地面、柱子
内、装饰或储存空间内等不同位置，目的在于与用户之间形成最短发射距离、具备最大覆盖
面、有效避开阻挡物，作为优选，停车场内选择安装在天花呈向下覆盖，公共设施、商业场所
和办公环境安装在墙面呈45°斜角向下覆盖，当然也可以做其他安装方式的选择或多种安
装方式同时使用。
所述充电桩使用并接方式相连接，可以任意增加或减少配备数量，视使用场所面
积、使用需求量而定，也可以使用一套充电桩，增加信号感知器和发射头的模式进行扩容。
用户端的需求分析系统，采用安装第三方专用软件的方式，也可以由硬件产品出
厂时自带，具体包含使用者的供求设置、供求方案的保存、连接和读取用户电量信息、自动
向充电桩发送需求信号等功能，作为优选，所述需求分析系统基于Android平台开发的一款
移动端操作软件，通过adb shell dumpsys battery获取电池的相应信息，其中包括level，
当然也可以采用C++等语言平台进行开发。
作为优选，需求信号采用间断发送模式，每一时间段发送一次请求，时间间隔使用
者在需求分析系统界面上进行设置、调整和保存，也可以设定为连续请求模式或硬件出厂
时预先固定时间间隔。
作为优选，需求分析系统具备达到预设定充电值时自动提醒功能，也可以不具备
此功能。
作为优选，在新能源汽车充电领域和其他非手机端的充电领域，用户端内置移动
通讯功能，用于需求分析系统与手机互联，随时将充电信息反馈给使用者，也可以不具备此
功能。
用户端的电源接收系统，用于接收电能，在新能源汽车领域，是一种以接收线圈为
主体的接收膜或接收板，安装在车辆的后窗、前窗、侧窗、后盖、引擎盖、底盘或车体的任一
部位，也可以作为活动式结构；在移动通讯领域和其他便携式设备领域，出厂时将接收线圈
置于设备内部或使用者在设备外部安放接收线圈。
作为优选，电量分析统计系统与需求分析系统合并为同一套软件，也可以分开为
独立的两套软件，用于计算和储存用户获得电能的数量，并将数量信息发送到计费平台。
电量分析统计系统与计费平台的信息交互，作为优选，在汽车充电领域，使用蓝压
或wifi中的一种或两种结合，在手机充电领域使用移动通信数据传输，在这两个领域中的
传输方式也可以是以上三种的任意一种或多种同时使用。
所述计费用平台的费用扣除系统包含后台管理服务器和操作系统，其中服务器包
含数据流服务器和存储服务器，作为优选操作系统基于windows平台开发，用于用户费用的
结算和记录。
计费平台视不同领域，作为优选在新能源汽车充电方面，由停车场管理处或第三
方运营企业进行安装和使用；在手机充电领域由移动通讯运营商或公共设施管理者、商业
场所管理者、第三方企业进行安装和使用，也可以作为市政、公益设施统一使用和管理。
计费平台可以每个使用场景安装一套，也可以多个使用场景共用一套。
费用扣除系统显示内容包含用户的编码信息、使用电量以及费率等信息，具备用
户多次充电的费用自动叠加和统计功能、具备历史记录查询功能。
费用扣除系统可以并入停车场收费系统与停车费同时收取或手机运营商通讯费
用结算系统与电话费同时收取，也可以作为单项独立收费。
附图说明
图1是本申请的一实施例中的总体架构示意图；
图2是本申请的一实施例中的充电桩的结构示意图；
图3是本申请的一实施例中的感应和发射示意图；
图4是本申请的一实施例中的汽车充电示意图；
图5是本申请的一实施例中的手机充电示意图；
其中，1、无线自动充电桩；11、需求自动识别系统；12、分析计算系统；13、选择调节系
统；14、电源发射系统；141、方向调节器；142、信号感知器；143、第一发射头；144、第二发射
头；145、聚能罩；146、聚能片；147、需求信号；148、能量传送；149、集成电路；151、发射头3；
152、发射头4；2、用户端21、需求分析系统；22、电源接收系统；23、电量分析统计系统；3、计
费平台；31、费用扣除系统；4、使用空间一；41、车辆一；42、车辆二；43、车辆三；5、使用空间
二；51、人群一；52、人群二。
具体实施方式
下面结合附图1、附图2、附图3、附图4和附图5，以新能源汽车在停车场充电和手机
在公共场所充电分别为实施例，对本申请做进一步详细说明，以下以1和2作为标注，其中1
为新能源汽车充电实施例，2为手机充电实施例。
如图1、图2、图3和图4所示的一种无线自动充电计费空间站，包含无线自动充电桩
1、用户端2、计费平台3和使用空间一4，其中无线自动充电桩1包含需求自动识别系统11、分
析计算系统12、选择调节系统13和电源发射系统14，用户端2包含需求分析系统21、电源接
收系统22和电量分析统计系统23，计费平台3包含费用扣除系统31，使用空间一4为室内停
车场。
为了使感知信号和能量传送，不受建筑物和其他物品的阻挡，同时提高利用率，减
少无线充电桩的安装数量，将无线自动充电桩1安装在天花面上，呈向下方向，安装数量视
停车场面积和充电车辆需求而定，确保停车位的感知信号能有效的接收和能量传送完全覆
盖。本实施例以一套充电桩配备两组信号感知器142分别配套第一发射头143、第二发射头
144两组电源发射系统，以下简称第一发射头和第二发射头为例进行具体操作说明。
调整两套发射头的方向，使其接收和发射范围覆盖A、B、C、D四个停车位，即进入本
区域的车辆均可实行无线充电，当然在实际的使用中，覆盖范围远不止四个车位。
车辆一41、车辆二42为新能源汽车，车辆三43为普通汽车，车辆一和车辆二已安装
用户端2，具备无线充电请求和接收功能。
车辆使用者在需求分析系统21上进行自动充电请求的相关设置，包含触发充电的
电池剩余电量、停止充电的电池电量，或触发充电的时间、停止充电的时间，例如触发充电
的电量为50%、停止充电的电量为100%，使用者随时可以进行调整，并可以保存设置方案。
使用者将车辆一停放在停车位A中，启动自动充电按钮，此时需求分析系统21根据
使用者的预设定方案，启动蓝牙通讯，向无线自动充电桩1发出请求，若15秒内，未能接收到
需求识别系统11的反馈信号，则①车辆处于非无线充电区域范围内、②充电桩故障；若提示
用户无充电权力，则为用户端和充电桩不相匹配；当正常匹配成功，将提示连接正常，使用
者可以正常锁车离开。
充电桩的信号感知器142组将蓝牙信号的强弱信息通知分析计算系统12，计算出
车辆的停放位置为A车位。
同时分析计算系统12根据需求识别系统11接收到的用户车辆所需充电信息，包含
车辆型号、目前电量、停止充电电量以及需求分析系统的编码等信息，将工作指令下达给选
择调节系统13。
调节系统启动方向调节器，将第一发射头143对准A车位，电源发射系统14启动，向
车辆一41提供电能。
此时，车辆二142在C车位也发出充电请求，若C车位处于第一发射头143的覆盖范
围内，将按以上步骤，同时给车辆二进行供能；若处于覆盖范围外或已超出第一发射头所能
提供的能量范围外，则处于等候充电状态，分析计算系统12自动按先后次序进行预约排队，
并将需等候时间反馈到用户端2，由使用者选择是否等待充电或更换其他位置。
当车辆一完成充电后，充电结束的信息自动发送到使用者的手机进行提示，当然，
此功能使用者可选择使用或关闭。
车辆二选择等候时，无线自动充电桩1重复以上步骤，向其供能，所有车辆充电完
毕后，发射头回位并关闭，除需求自动识别系统11外，其他系统进入待机状态。
若车辆一在充电未完成的情况下，使用者将其移动到B停车位，充电桩能自动保持
持续性给予提供电能，由于B车位处于第二发射头144的有效覆盖范围内，信号感知器142识
别到车辆一已处于另一个更优化的发射头的范围，甚至是另一个更优化的充电桩的范围，
此时，选择调节系统13根据分析计算系统12的新指令，重复以上步骤进行供能。
当车辆未完成充电时，使用者将其驶离停车场，即离开本区域的充电范围，需求识
别系统11与需求分析系统21信号连接中断，此时，所有充电功能自动停止，充电桩进入待命
状态，需求分析系统21即时显示用户目前的电量情况，予以提示使用者。
在以上用户充满电或使用者中断充电时，用户端2的电量分析统计系统23即时计
算用户在该区域、该时段所获取的电能总和，将其进行记录，并发送至计费平台3的费用扣
除系统31，根据不同停车场管理模式有以下发送和扣费方式：①通过蓝牙或wifi发送，针对
固定车辆采用月结或针对临时车辆在出停车场时交纳费用，当然也可以采用预存费用或与
停车费合并收取的的方式收取；②通过与移动通讯终端，如手机，发送至手机运营商平台进
行费用交纳；③通过与移动通讯终端，如手机，发送至第三方经营平台进行费用交纳；④通
过用户端的记录每时间段到充电运营商进行结算。
如图1、图2、图3和图5所示的一种无线自动充电计费空间站，包含无线自动充电桩
1、用户端2、计费平台3和使用空间二5，其中无线自动充电桩1包含需求自动识别系统11、分
析计算系统12、选择调节系统13和电源发射系统14，用户端2包含需求分析系统21、电源接
收系统22和电量分析统计系统23，计费平台3包含费用扣除系统31，使用空间二5为商业场
所。
为了使无线自动充电桩1更靠近用户端2，本实施例将充电桩安装在建筑物的墙
面，距离地面高度为2米，当然也可以安装在天花、地板，也可以隐藏在其他物体内部，发射
头呈向下45°方向，安装数量视商业场所面积和人流量而定，确保信号感知器对人群正常所
在位置的手机需求信号能有效的接收和能量传送完全覆盖。本实施例以两套充电桩配备四
组信号感知器142分别配套第一发射头143、第二发射头144和发射头3151、发射头4152，形
成两套充电桩四组电源发射系统，以下简称第一发射头、第二发射头、发射头3、发射头4，其
中充电桩一包含第一发射头和第二发射头、充电桩二包含发射头3和发射头4为例进行具体
操作说明。
调整两套充电桩4组发射头的方向，使其接收和发射范围覆盖A、B、C、D四个区间，
即进入本区域的人群均可实行无线充电。
人群一51和人群二52的手机均具备无线充电请求和接收功能，使用者在需求分析
系统21上进行自动充电请求的相关设置，包含触发充电的电池剩余电量、停止充电的电池
电量，或触发充电的时间、停止充电的时间，例如触发充电的电量为50%、停止充电的电量为
100%，使用者随时可以进行调整，并可以保存设置方案。
使用者通过或停留在区域内时，需求分析系统21根据使用者的预设定方案，启动
蓝牙通讯，向无线自动充电桩1发出请求，若15秒内，未能接收到需求识别系统11的反馈信
号，则①人群处于非无线充电区域范围内、②充电桩故障；若提示用户无充电权力，则为用
户端和充电桩不相匹配；当正常匹配成功，将提示连接正常。
当人群一51进入区间A，充电桩一的信号感知器142组将蓝牙信号的强弱信息通知
分析计算系统12，计算出人群所在的位置，若停留时间在10秒钟之内，系统判定为人群一处
于移动状态，不予以启动充电功能；若在10秒钟以上，则启动以下供能步骤。
分析计算系统12根据需求识别系统11接收到的用户手机所需充电信息，包含手机
型号、目前电量、停止充电电量以及需求分析系统的编码等信息，将工作指令下达给选择调
节系统13。
方向调节器141自动将第二发射头144对准用户，并进行电能供给。
此时，其他需求用户进入区间A，也发出充电请求，第一发射头144将按以上步骤，
同时给其供能；若已超出第一发射头所能提供的能量范围外，也就是超出负载，则处于等候
充电状态，分析计算系统12自动按先后次序进行预约排队，并将需等候时间反馈到用户端
2，由使用者选择是否等待充电或更换其他位置。
当人群一完成充电后，充电结束的信息自动发送到使用者的手机进行提示，当然，
此功能使用者可选择使用或关闭。
预约排队的人群，无线自动充电桩重复以上步骤，向其供能，所有人群充电完毕
后，发射头回位并关闭，除需求自动识别系统11外，其他系统进入待机状态。
若人群一在充电未完成的情况下，从区间A移动到区间B，充电桩能自动保持持续
性给予提供电能，由于区间B处于第一发射头143的有效覆盖范围内，信号感知器142识别到
人群一已处于另一个更优化的发射头的范围，此时，选择调节系统13根据分析计算系统12
的新指令，重复以上步骤进行供能；若人群一移动至区间C或区间D，则由充电桩二的发射头
4152或发射头3151给予供能。
当人群一未完成充电即离开本区域的充电范围，需求识别系统11与需求分析系统
21信号连接中断，此时，所有充电功能自动停止，充电桩进入待命状态，需求分析系统21即
时显示用户目前的电量情况，予以提示使用者。
人群二为固定位置人群，处于区间D，在充电桩二的信号感知器和发射头3151的覆
盖范围内，则按以上充电步骤，直到使用者预先设定的电量上限。
在以上用户充满电或使用者中断充电时，用户端2的电量分析统计系统23即时计
算用户在该区域、该时段所获取的电能总和，将其进行记录，并发送至计费平台3的费用扣
除系统31，根据不同公共设施、商业场所、办公环境的不同管理模式，有以下发送和扣费方
式：①通过移动通讯，即手机运营商平台进行费用交纳；②通过移动通讯，即手机，发送至第
三方经营平台进行费用交纳。
以上两个实施例，均可实行用户从充电需求、搜寻充电桩、建立充电连接、提前中
断或充满电、在充电空间内移动或离开、预约排队充电，到费用结算整个过程的全自动化，
包含充电桩的优化转换、发射头的有效切换、自动开启和关闭等任何一个环节均无需人工
操作，达到完全自动化的目的。
而充电桩数量的任意组合、按放位置的灵活性、发射头方向的自动调整功能既实
现了适应任何大小空间，也符合了节能环保的理念。
当本申请得以广泛应用以后，在手机充电领域中，将不再需要充电器、充电线，甚
至不再需要移动电源，大大减少环境的污染。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用以限制本申请，对于本领域的技术和
科研人员来说，本申请可以有各种更改、组合、删减和变化，特别是在电能的转化和提供方
式的变化上。凡在本申请的技术实质、精神、原则和应用的范围之内，所作的任何修改、等同
替换或改进等，均应包含在本申请的权利要求和保护范围之内。