智能無線充電系統的制作方法

專利名稱：智能無線充電系統的制作方法
智能無線充電系統技術領域
本發明總地來說涉及無線充電系統，更具體而言，涉及用于對無線聯網設備提 供無線智能充電的系統及方法。
背景技術：
小型辦公室及家庭的聯網正變得愈加風行。例如，在家庭辦公室中，強烈需要 在不必須安裝以太網絡或雙絞線骨干布線的情況下具有低廉并且可靠地互連多個網絡設 備的能力。這些網絡設備例如包括個人計算機、膝上型計算機、打印機、數字TV、機頂 盒、家用電器等。為達成此目的，已將無線解決方案及電力線上的因特網解決方案(例 如，根據HomePlug 工業解決方案)兩者視作這種聯網的物理層骨干。
如所知，HomePlug 利用現有家中AC電力線以用于以高速發送信號數據。 常規電力線網絡通常以從約IOkbps到350kbps范圍內的數據速率來操作。
頒予Propp 等人的標題為 “ Power line CommunicationApparatus ” 的美國專利 4,815,106公開了經由均衡器/編碼方案的電力線通信方法。可實現基于諸如二進制移頻 鍵控(BFSK)之類的調頻(FM)方法的350kbps電力線網絡系統。在頒予Beukema等人 的美國專利第6,M3,413號中，描述了用于IMbps電力線通信信道的調制系統。
目前，所有無線HomePlug 系統都需要具有天線及無線HomePlug 適配器的無線設備以促進無線設備與網絡之間的無線數據通信。然而，無線設備需要電源以 使其維持操作。主要通過使用電池給無線設備(尤其那些便攜式無線設備)供電。使用 通常插入到墻壁AC電源插座中以從其獲得電力的充電設備對電池周期性地充電。
為了降低電線擁擠度，實施無線設備以用于對電池進行充電的無線方法已經實 現。這些無線充電方法包括將電池組耦合到無線充電源的射頻接口、光學接口或磁性接 口。無線充電電池系統的多個示例包括
目前，大多數RFID系統為被動的，并且通常包括用于將操作能量(電磁場、電 場或磁場)提供到指定范圍內的接收器(標簽)的發送器或收發器設備。響應于所發送 的操作能量的施加，標簽產生由RFID系統接收器(收發器)接收的信號。所產生的標 簽信號包括用于唯一地識別標簽和與其相關聯的對象的一個或多個唯一識別符。在被動 RFID標簽中，沒有能量儲存，并且因此不需要電池。然而，例如由RFID發送設備所產 生的被動能量不能用于給諸如蜂窩電話、便攜式計算機等之類的現有無線設備供電。
在 Vecchione、Elio 等人的標題為“Short-range wireless powertransmission and reception"的美國專利申請公開第20060238365號中公開了一種以無線方式對電池充電的 方式。其描述了一種短程無線電力發送及接收系統的方法。電力經由電磁輻射從電力 公司主干電源發送到受供電的電器。所述電器能夠接收所發送的電力，將其轉換成電并 且將其儲存以供后續使用，以及將其直接用于給所述電器供電。此方法現在被實現以對 電動牙刷的電池進行充電，然而，其并不解決電線擁擠度問題，因為接收系統仍需要電線。
Greene、Charles Ε.等人的標題為"Power transmission system, apparatus and method with communication”的美國專利申請公開第2007001(^95號教導了進行通信的電力發送系統，其具有基站，所述基站具有無線電力發送器、無線數據發送組件及第一 無線數據接收組件。所述系統包括遠程站，所述遠程站具有用于將來自電力發送器的電 力轉換成直流的電力收集器及與所述電力收集器通信以用于儲存所述直流的電力儲存組 件。或者，所述系統包括基站，所述基站具有以一頻率(在所述頻率下，任何旁頻帶處 于或低于所需電平)來發送電力的無線電力發送器，以及第一無線數據通信組件。基站 用于將操作能量及數據發送到遠程站。不同于RFID系統，所提議的遠程站為主動系統， 意味著其含有電力儲存器并且具有在基站不供應操作能量時進行操作的能力。然而，由 于缺少智能充電系統，當設備處于使用中時，電池可能被過分充電或不具有足夠容量。 額外問題為，當設備放置于充電范圍外時，不提供警告系統，并且不存在保證可靠及連 續操作的機制，因為電池充電將中斷數據通信操作。
Wendler、 Steve 的標題為"Integration of antenna and solarcharger for remote asset tracking"的美國專利申請公開第20060244573A1號提議一種設備，其包含被配置成將電 力提供至資產追蹤設備(asset tracking device)的太陽能電池組及被配置成將信號提供到所 述資產追蹤設備的天線。所述太陽能電池組包含一組連接到所述資產追蹤設備的太陽能 電池。所述太陽能電池被配置成當外部電力不可用于所述資產追蹤設備時，提供電力以 使得所述資產追蹤設備能夠操作。來自所述太陽能電池組的電力可用于直接給所述資產 追蹤設備供電和/或對所述資產追蹤設備所使用的電池進行充電。所述天線可包括全球 導航衛星系統(GNSS)天線以及被無線收發器用于分別從所述資產追蹤設備接收信息及 將信息發送到所述資產追蹤設備的天線。
在太陽能為唯一電源的情況下，這些設備必須放置于太陽下。其可用于溫室 中，但電池將在夜晚或在陰天期間耗盡。其并非為諸如蜂窩電話或便攜式計算機之類的 設備維持電力的可靠手段。
Ayala> Adan的標題為‘‘Battery charge indicator"的美國專利申請公開第 20060251958A1號提議一種便攜式電動工具的電池充電指示器，具有根據可移動部件分 別由無繩設備及充電器的突出所移動的位置來指示電池組的充電狀態的指示器組件。無 繩工具的電池充電水平被示出。當對其充分充電時，所述系統可開始對另一電池進行充 電。使用有線接口對此工具進行充電。這樣的應用不需要對電池充電智能。
對于無線充電系統，希望確保將電池維持在全容量狀態，以使得在無線設備的 利用期間不存在斷電。進一步希望電池不被過分充電，即，當達到全充電容量時，可終 止充電機制。對于HomePlug 應用，也需要無線設備位于充電距離內以使得可對設 備的電池有效地充電。這種應用的另一關鍵方面為，在無線設備的利用期間，電池充電 不應中斷數據通信操作。對于HomePlug 系統，存在對智能充電系統的需要，其中 電池在無線模式中被自動充電以確保不中斷的無線數據通信。發明內容
本發明提供用于無線設備的智能電池充電系統(在此稱作IBCS)，以使得將主電池始終維持在一適當充電水平。經由無線通信來執行充電。
一方面，本發明包括備用電池，因此當主電池處于使用中時，可對備用電池進 行充電以避免中斷正常操作并且維持正常操作。
另外，本發明提供達到預定電池充電水平并將其維持在上限及下限內的能力。 當電池水平達到其下限時，IBCS啟動用于啟動充電的指令；而當電池電量達到其上限 時，IBCS停止充電。
另一方面，本發明包括電池調換機制，其可操作以使得當主電池達到預設下限 時，自動并且無縫地調換到備用電池，并且允許主電池繼續充電。
本發明的又一目標為使內建式警告設備被嵌入以在IBCS內操作，當無線設備被 放置于其電池充電范圍外部時，所述內建式警告設備觸發警告信號。
由此，根據本發明的第一實施例，提供用于無線聯網設備的智能電力管理系統 及方法，所述無線聯網設備包括用于給聯網設備供電的一個或多個可充電能量儲存設 備。所述系統包含
適配器設備，適于耦合到提供AC電力信號的AC電源插座，所述適配器設備進 一步包含充電單元，所述充電單元接收AC電力信號，并且產生并發送RF電力信號以用 于對無線聯網設備的可充電能量儲存設備進行充電；
所述適配器進一步具有用于將無線數據通信信號發送到無線聯網設備的發送器 設備，以及用于從無線聯網設備接收無線數據通信信號的接收器設備；以及
可切換天線設備，其被切換以在第一操作模式中從無線聯網設備接收無線數據 通信信號或將無線數據通信信號發送到無線聯網設備，并且被切換以在第二操作模式中 發送RF電力信號以用于給無線聯網設備供電。
進一步針對此實施例，所述無線聯網設備包含
電力收集單元，其包括RF能量轉換器，所述RF能量轉換器用于接收所發送的 RF電力信號并且將所述RF電力信號轉換成適于對無線聯網設備進行充電的充電電流；
開關設備，其耦合到一個或多個可充電能量儲存設備，用于根據設備電力水平 狀態而接通或切斷充電電流；以及
控制單元，其用于監測指示一個或多個能量儲存設備的充電狀態的設備電力水 平狀態，所述控制單元操作性地耦合到所述開關設備，以便在判定設備電力水平狀態低 于可接受限度時能夠接通充電電流以對所述能量儲存設備進行充電，
其中，所述系統提供無線設備充電以將能量儲存設備維持在適當充電水平。
此外，適配器設備的充電單元包含
信號轉換器裝置，其用于產生與所接收到的AC電力信號相稱的dc信號；
頻率發生器設備，其接收所產生的dc信號并且根據所產生的dc信號來選擇RF 電力信號頻率；以及
RF電力放大器，其用于產生所發送的RF電力信號以用于以選定的RF電力信號 頻率給無線聯網設備供電。
由此，在此實施例中，對于具有低數據通信的那些設備，單個適配器僅使用一 個天線用作電源、發送器(TX)及接收器(RX)；然而，在無線設備中的電池正充電的同 時，數據可能被擱置。此實施例可用于無線聯網設備下載任何種類的文件，包括文本、9照片、視頻等，然而，單個低成本天線可被用來共享這三個功能。
根據第二實施例，提供用于無線聯網設備的智能電力管理系統及方法，所述無 線聯網設備包括用于給所述聯網設備供電的一個或多個可充電能量儲存設備。所述系統 包含
第一適配器設備，其用于耦合到AC電源插孔，所述第一適配器設備具有用于將 無線數據通信信號發送到無線聯網設備的發送器設備，以及用于從無線聯網設備接收無 線數據通信信號的接收器設備，所述第一適配器設備提供一接口以用于經由AC電力線將 數據信號傳送到網絡；
第二適配器設備，其用于耦合到提供AC電力信號的AC電源插孔，并且適于與 無線聯網設備進行無線數據通信，第二適配器設備進一步包含充電單元，所述充電單元 接收AC電力信號，并且產生并發送RF電力信號以用于給無線聯網設備供電；
第一適配器設備包括適于從無線聯網設備接收無線數據通信信號或將無線信號 發送到無線聯網設備的單個天線設備，而第二適配器設備包括適于發送RF電力信號以用 于給無線聯網設備供電的單個天線設備，無線聯網設備同時接收來自第一適配器設備的 無線數據通信信號以及來自第二適配器設備的RF電力信號兩者；
電力收集單元，其設置在無線聯網設備處，所述電力收集單元包括RF能量轉換 器單元，所述RF能量轉換器單元用于接收所發送的RF電力信號并且將所述RF電力信號 轉換成適于對無線聯網設備進行充電的充電電流；
在無線聯網設備處的開關設備，其耦合到一個或多個可充電能量儲存設備，用 于根據設備電力水平狀態而接通或切斷充電電流；以及
控制單元，其用于監測指示一個或多個能量儲存設備的充電狀態的設備電力水 平狀態，所述控制單元操作性地耦合到所述開關設備，以便在判定設備電力水平狀態低 于可接受范圍時能夠接通充電電流以對所述能量儲存設備進行充電，
其中，所述系統提供無線設備充電以將能量儲存設備維持在適當充電水平。
由此，在此實施例中，提供兩個適配器插頭(用于充電的從屬適配器插頭及用 于數據通信的主適配器插頭)以便同時啟用所述無線聯網設備的數據通信操作及電池充 電操作。
根據第三實施例，提供用于無線聯網設備的智能電力管理系統及方法，所述無 線聯網設備包括用于給所述聯網設備供電的一個或多個可充電能量儲存設備。所述系統 包含
第一適配器設備，其用于耦合到AC電源插孔，所述第一適配器設備具有用于將 無線數據通信信號發送到無線聯網設備的發送器設備，以及用于從無線聯網設備接收無 線數據通信信號的接收器設備，所述第一適配器設備提供一接口以用于經由AC電力線將 數據信號傳送到網絡；
第二適配器設備，其用于耦合到提供AC電力信號的AC電源插孔，并且適于與 無線聯網設備進行無線數據通信，第二適配器設備進一步包含充電單元，所述充電單元 接收AC電力信號，并且產生并發送RF電力信號以便給無線聯網設備供電；
第一適配器設備包括適于從無線聯網設備接收無線數據通信信號或將無線信號 發送到無線聯網設備的單個天線設備，而第二適配器設備包括適于發送RF電力信號以便給無線聯網設備供電的單個天線設備，無線聯網設備同時接收來自第一適配器設備的無 線數據通信信號以及來自第二適配器設備的RF電力信號兩者；
電力收集單元，其設置在無線聯網設備處，所述電力收集單元包括RF能量轉換 器單元，所述RF能量轉換器單元用于接收所發送的RF電力信號并且將所述RF電力信號 轉換成適于對無線聯網設備進行充電的充電電流；
在無線聯網設備處的開關設備，其耦合到一個或多個可充電能量儲存設備，用 于根據設備電力水平狀態而接通或切斷充電電流；以及
控制單元，其用于監測指示一個或多個能量儲存設備的充電狀態的設備電力水 平狀態，所述控制單元操作性地耦合到所述開關設備，以便在判定設備電力水平狀態低 于可接受范圍時能夠接通充電電流以對所述能量儲存設備進行充電，
所述一個或多個能量儲存設備包括用于給無線聯網設備供電的主電池，并且進 一步包括備用電池，切換設備可控制，以便切斷從主電池對無線聯網設備的供電，并且 當判定主電池具有低于可接受范圍的設備電力水平狀態時啟動對主電池的充電操作，并 且無縫地接通備用電池以便給無線聯網設備操作供電，
其中，所述系統提供無線設備充電以將能量儲存設備維持在適當充電水平。
由此，在第三實施例中，無線設備中提供了兩個可充電能量儲存設備(電 池)一 一個電池適于作為備用電池。因此，在此實施例中，充電操作將不中斷數據發送 及接收。換言之，可動態地調換電池，并且借助于電容器設備而在調換期間保持充電。 由此，將對無線設備維持充分供電。
進一步針對這些實施例，提供一種范圍檢查及警告系統，使得如果無線聯網設 備未足夠靠近適配器，所述設備將警告用戶無法充電，并且所述設備應被放置成更靠近 從屬適配器。
進一步針對本發明的上述實施例，可針對特定設備而定制IBCS系統所產生的無 線充電信號。即，例如，可以以受控方式(例如通過在插頭處提供的處理器設備所執行 的指令可操作性地編程)執行無線充電。
例如，可針對存儲設備特性而定制無線充電信號，例如執行特定類型的電池或 存儲設備所需的充電滯后，和/或控制充電/放電循環深度。
進一步針對本發明的上述實施例，根據本發明的設想的用于無線充電的電力儲 存設備的類型包括但不限于可充電/可再充電電池、燃料電池、電容器、電荷儲存 器、電解設備、化學能量儲存器、液流電池(flow cell)、伏打電池、放射性設備，或其它 能量儲存設備。


在考慮下列對本發明的說明以及附圖的情況下，對于本領域技術人員來說，本 發明的特點和優點將變得顯而易見，其中
圖1 一般性地描繪了根據本發明的IBCS無線通信和電池充電系統；
圖2是描繪了包括無線充電單元30的HomePlug 適配器 ο的框圖3是圖2的適配器10的Homeplug 模塊η的框圖；11
圖4描繪了根據本發明的具有用于被無線遠程充電的無線電池充電單元的無線 設備20 ；
圖5描繪了根據第一實施例的方法的用于控制充電的示例算法；
圖6是描繪了實現兩個‘ HomePlug 電源適配器IOA和iob的無線遠程電池充電系統的框圖，第一HomePlug 電源適配器充當與無線設備進行數據通信的主適 配器10A，第二適配器IOB主要用于電力發送；
圖7A和7B描繪了實現根據本發明的第二實施例操作的兩個家用適配器的相應 的狀態機控制的兩個流程圖；以及
圖8描繪了本發明的第三實施例，其中，使用了兩個適配器，在無線設備中安 裝了兩個電池。
具體實施方式
參看描繪本發明的IBCS 10的圖1，其提供一種用于與無線設備(例如可在家中 或企業中發現的電子設備)進行通信并且對無線設備進行充電的無線裝置。可受益于無 線充電系統的這樣的無線設備包括但不限于個人計算機、膝上型計算機、打印機、數字 TV、機頂盒、家用電器等。
如圖ι所示，本發明的IBCS包括用于插入到電源插座的HomePlug 適配器 10，該適配器配備了天線，該天線用以將RF信號發送至無線設備20以及從無線設備20 接收RF信號以便與其進行無線通信。根據一種實現方式，從適配器10所傳送的無線信號 處于第一頻率或處于第一頻率范圍內，或根據工業電力線通信標準(例如HomePlug 規范(例如，HomePlug 1.0)，經由家中的電力線將設備彼此連接的家用聯網技術的 規范的至少兩種版本中的一種)來傳送。HomePlug 認證產品連接pc與使用以太網 絡、USB及802.il的其它設備。許多設備嵌入了HomePlug ，并經由家用網絡(例 如，以太網絡)連接到其它家用設備。如本文中將更詳細地解釋，適配器 ο在無線環境 內操作以提供用于將信號(諸如數據信號、視頻信號、音頻信號等)發送到電子設備及從 電子設備接收信號的至少一個信號源，以及用于確保始終對電子設備充分充電的至少一 個電力發送源。
在一個實施例中，適配器10還包括無線充電單元，該無線充電單元被設計以在 第二頻率或在第二頻率范圍內發送RF信號，所述RF信號被用來以可控(例如，可經由 圖2的HomePlug 適配器單元 ο內的頻率發生器執行)的方式對無線設備20遠程地 充電。遠程無線設備必須放置于特定距離范圍內，以便可維持充電效率。在一示例中， 在其中可將RF信號從HomePlug 適配器10傳送到無線設備的距離范圍在3英尺到20英尺的范圍內，但隨著技術進步可增大。另外，在此示例實施例中，在無線設備上配置 了用于接收的兩個或兩個以上(例如，三個)無線設備天線，這是因為在一個實施例中， 同時執行數據發送、接收及充電。可想象，在其他實施例中，由于可在不同時間段執行數據發送及電池充電，因此可允許較少數目的天線。盡管示出了HomePlug 電力系 統，但可理解，相同的智能電池充電方法也可適用于其它無線配置，例如使用一基站及12多個端點無線設備的配置。在任一實施例中，當無線設備20不處于充電范圍內，并且電 池低于預定下限時，可由系統產生可聽警告信號，并且將被觸發以警告用戶。
參看為本發明的框圖的圖2，其關于包括無線充電單元30的適配器10，該無線 充電單元30被集成或容納于現有HomePlug 適配器 ο內。充電單元包含AC至DC 轉換器13、頻率發生器15及RF放大器16。可按需要包括提供電力發送信號所需要的 其它信號處理裝置，例如，濾波器、調制器。轉換器13將AC電流轉換成DC電流，該 DC電流用以產生合適頻率，該合適頻率接著由RF放大器16放大并且經由天線設備發 送。提供了天線開關18以允許在電力發送與信號發送之間共享天線。控制單元沈從處 理器23接收控制信號以選擇天線開關并且控制HomePlug 適配器中的其它信號/天 線切換活動。電力線源按照如結合圖3更詳細描述的方式直接連接到AC/DC轉換器13 及 HomePlug 模塊 11。
當前可以獲得無充電單元的常規HomePlug 適配器10。然而，它不具有 集成的無線充電單元30。通過將適配器插入墻壁電源插座(例如供應110/220伏特， 單相或3相(未示出))中，適配器在一種操作模式中可以例如從電力線墻壁插座接收電 力線信號，并且將其轉換成RF信號，然后該RF信號可根據一通信協議經由共享天線而 發送到一無線設備。同樣，在另一操作模式中，適配器天線能夠接收無線設備20所發 送的RF信號，對其進行解調和/或處理，并且經由AC電力線將信息、數據或命令信號 轉發到家用網絡99。另一方面，經由AC電力線從網絡接收的來自HomePlug 模塊 11的信號耦合到802.3媒體訪問控制器(MAC)單元12。這些信號經由多路復用器設備 (MUX) 14而被串行化并且經由發送器17及天線而向外發送到遠程設備。在一個實施例 中，根據HomePlug 聯網技術規范來支配家用網絡上的通信，該規范使無線設備能 夠經由家中或企業中的電力線與網絡進行通信。HomePlug 認證產品經由電力線網 絡連接計算設備，例如膝上型計算機、手機、PC和使用以太網、USB及802.11的其它設 備。這樣的HomePlug 設備通常充當透明以太網絡橋接器，并且許多計算機可將這些設備用于網絡接入。存在本發明可根據其操作的HomePlug 標準的若干版本，包括HomePlug l.O版本(用于支配例如最高達14Mbit/s半雙工速度的標準)、Turbo版本(用于例如最高達85Mbps的速度的標準)、以及AV版本(被設計用于支配信號在 最高達200Mbps的HDTV及VoIP速度下的發送的標準)。應理解，其它家用聯網技術 標準也可進行支配。
在一個方面，本發明可配置以適應新開發的標準，諸如在I.E.E.E.P1901Draft Standard for Broadband over Power Line Networks中所描述的標準媒體訪問控制及物理層規范。此新興標準支配用于交流電力線(即，對于所謂的電力線寬帶(BPL)設備)上的 高速通信(例如，在物理層處大于100Mbps)的調制技術。所提議的IEEE標準將使用低 于100MHz的發送頻率并且將可由所有類別的BPL設備使用，包括用于到寬帶服務的第 一英里 / 最后一英里連接(first-mile/last-mileconnection)(至房屋< 1500m)的 BPL 設備 以及用于在建筑物中用于LAN及其它數據分布(設備之間< 100m)的BPL設備。此標 準集中于所有類別的BPL設備對電力線通信信道的平衡并且有效的使用、定義用于不同BPL設備之間的共存性及可互操作性的詳細機制，以及確保可提供所期望的帶寬及服務 品質。此標準限于物理層及數據鏈路層的媒體訪問子層，如國際標準化組織(ISO)開放 系統互連(OSI)基本參考模型所定義。
返回參看圖2，在發送操作模式中，HomePlug 適配器可經由通過多路復用器MUX單元14或串行器設備進行選擇而從MAC接口發送數據信號(該串行器設備將并 行數據轉換成串行數據)并且隨后當經由編程開關設備18啟用時經由耦合RF發送器TX 設備17發送出去。類似地，在接收器操作模式中，無線設備所發送的信號由RF接收器 RX設備19接收，并且隨后通過多路分解器22或將串行數據轉換成并行數據的解串行器 處理。接著將這些數據耦合到802.3MAC設備。來自MAC的輸出數據信號M呈媒體無關接口(或稱作Mil)格式，或類似的通信格式，并且耦合到HomePlug 模塊11，用于通過電力線/網絡99進行通信。包含易失性或非易失性存儲器或兩者的存儲器單元 21用來存儲用于遠程無線充電及通信操作的指令、關鍵數據及關鍵參數。存儲器單元21 耦合到用以控制天線開關并控制適配器與無線設備之間的數據流的流量的處理器23、控 制器或數字信號處理器，如將在下文中更詳細地解釋。
參看圖3，描繪了圖2的適配器10中所描述的Homeplug模塊11的詳細框圖， 該HomepIug模塊Ii作為與電力線/家用網絡的接口來提供。HomePlug 模塊11包 含連接到墻壁AC插座110的耦合器111，并且具有發送器112、TX濾波器設備113、RX 濾波器設備114、混合信號前端設備115及MAC/PHY層單元116。耦合器111將信號耦 合到AC電力線/耦合來自AC電力線的信號。發送器經由TX濾波器設備113將模擬信 號經由驅動器112發送到耦合器中，而接收器濾波器114經由耦合器從AC電力線接收信 號。混合信號前端將所接收到的模擬信號轉換成數字信號，并且反之亦然，即，將所接 收到的數字信號轉換成模擬信號。將經轉換的數字信號發送到MAC/PHY塊116并且轉 換為MII格式。
參看圖4，該圖描繪了根據本發明的具有無線電池充電單元的無線設備20，該 無線電池充電單元可安裝到無線設備20、耦合到無線設備20或嵌入在無線設備20內。 該無線電池充電單元包含專用于電力收集單元200的第一天線。電力收集單元200進一 步包含RF能量轉換器單元201及DC充電器單元202。電力收集單元200經由其電力發 送天線而接收從HomePlug 無線適配器10的電力發送器所發送的RF信號。DC充電 器202將RF信號轉換成DC電流，并且將用于根據無線設備的電力要求而對一或多個電 池或其它電力儲存設備充電。在一個實施例中，該無線設備包括兩個電池，然而本發明 不限于此。電池可包括但不限于可充電/可再充電電池、燃料電池、電容器、電荷儲 存器、電解裝置、化學能量儲存器、液流電池、伏打電池、放射性裝置，或其它能量儲 存裝置。在一個實施例中，第一電池Bl可充當用于正常無線設備操作的主電池；而第二 電池B2可充當備用電池并且可在任何時間被充電。當主電池的電力水平降至低于預設或 受控下限時，可使用備用電池以調換主電池。在圖4中所描繪的示例實施例中，可使用 四個0個)開關設備來協調切換。例如，當Bl被充分充電并且處于有源模式期間時， Bl連接到核心設備的供電線，因此開關S3短路，而開關Sl斷開。同時，B2接通以用于 充電，在此時刻，開關S2短路并且開關S4斷開。為在電池調換期間避免電力噪聲，提供電容器Cl以使供電線穩定。塊300為控制塊，其具有一內嵌式狀態機或協處理器，或 DSP單元以控制開關。將在下文中更詳細地論述根據編程狀態機控制充電操作的算法。 控制塊300將控制信號發送到開關S1-S4、核心100以及RF收集單元200。這是因為無 線充電請求(或停止無線充電請求)信號優選地經由TX天線430發送到HomePlug 適配器10，該信號可控制適配器啟動發送RF信號或終止發送RF信號。雙工核心設備 100可在獨立發送請求的同時接收信號。無線核心設計在本領域是已知的，因此將不進一 步解釋。RF收集以在無線模式中產生DC電流的細節在本領域也是已知的，例如作為非 限制性示例的美國專利第7,068,991號及第6,664,770號中所示出及描述。
圖5描繪了根據第一實施例示例的用于控制充電操作的示例算法。在此實施 例中，包括單個電池并且由此僅需要一個相應HomePlug 適配器。HomePlug 適配器 ο可周期性地檢查無線單元的電池水平(501)，并判斷該水平是否為可接受的 (502)。換言之，通過從適配器發送適當的查詢信號并從無線設備接收響應信號，IBCS 實施智能電力管理并可判斷電池水平是否低于預定下限。例如，如果無線設備處理器判 定充電水平為不可接受的，或低于下限閾值，則可產生并發送請求信號以供在適配器處接收以啟動充電操作，并且作為響應，經由HomePlug 適配器，充電器將開始對電池無線地充電(503)，并且當電池被充分充電時，其返回在501處監測設備充電水平。否 則，如果在502處判定電力水平為可接受的，則IBCS系統準備好(504)用于發送和/或 接收無線數據通信(505)。如果無數據可用于數據通信，則該系統返回以監測電力水平。 否則，其開始數據通信(506)。
應理解，根據本發明，可針對特定無線設備而定制IBCS系統所產生的無線充電 信號。即，可以受控方式(例如通過系統處理器所執行的指令可操作性地編程)執行無 線充電。例如，可針對存儲設備特性而定制無線充電信號，例如執行如特定類型的電池 或電力儲存設備所需的充電滯后，和/或控制充電/放電循環深度。
根據此實施例及如本文中所描述的本發明的其它實施例中的每一個，在無線聯 網設備與適配器設備之間使用通信或握手機制以檢查充電范圍以及電力水平。在一個示 例中，這是利用預定代碼來實現的。例如，無線設備20可在判定需要智能充電之后發 送出查詢并等待一段預定時間。如果未從適配器接收到信號，則這是該設備不能被充電 (例如，由于其處于無線數據通信范圍外)的指示。由此，該設備將啟動向用戶產生警告 信號(例如，可聽聲音或消息)，該警告向用戶指示必須縮短設備之間的充電距離。當適 配器從該設備接收到信號時，它將以可由該設備辨識的特定代碼向該設備做出響應，以 表明充電距離為可接受的。
一旦充電距離為可接受的，則在編程處理器控制下，適配器周期性地對無線設 備查詢電力水平，即，設備將經由無線數據通信信號發送適配器設備辨識的另一預定代 碼，以指示無線設備的電力低并且應在預定時間段內開始無線充電。如所提及，無線設 備20具有電力管理設計(尤其對于雙電池系統)，以處置電池調換及充電。
在第二實施例中，本發明被設計用于與半主動數據通信所需要的無線設備一起使用。在此示例中，如圖6所示，實現了兩個HomePlug 適配器10A及ιοβ。第一HomePlug 充當主要用于數據通信的主適配器10A。第二適配器ιοβ稱作從屬適配器，主要用于電力發送。因此，無線設備20應位于兩個適配器的特定范圍內，以使得 其可接收同時發送。因為充電信號及數據信號來自不同適配器，所以此“雙插頭”(主 插頭及從屬插頭)系統將低噪聲提供到無線設備。
圖7A和7B描繪了實現根據本發明的第二實施例操作的兩個家用適配器的相應 的狀態機控制的兩個流程圖。為使充電更為有效，無線設備必須首先放置于朝向電力適 配器的特定范圍內。檢查此距離的一種方式是在設備與電力適配器之間啟動通信。如果 無線設備不能從適配器接收到返回信號，則它將觸發指示設備處于充電范圍外的警告信 號。另一示例，從屬插頭IOB(圖7A)連續地、周期性地或按需地檢查無線設備的電池 的充電范圍以及電力水平(701)。如果判定無線設備位于根據本發明的無線充電的充電 范圍外部(702)，則將觸發警告信號(704)。如果電池水平低于預定水平，則其將開始充 電，并且無線設備可開始其正常操作。當電池水平達到預定高水平或設定上限時，充電 操作將停止(70 。然后過程返回以檢查電力水平及充電范圍(701)。
應理解，根據本發明的每一個實施例，可針對特定無線設備而定制IBCS系統所 產生的無線充電信號。即，可以受控方式(例如通過系統處理器所執行的指令可操作性 地編程)執行無線充電。例如，可針對存儲設備特性而定制無線充電信號，例如執行如 特定類型的電池或電力儲存設備所需的充電滯后，和/或控制充電/放電循環深度。例 如，這樣的無線充電信號可進一步用以確保一些類型的可再充電電池在再充電之前被充 分放電。
在圖7B中所描繪的本發明的實施例中，主家用插頭IOA僅負責執行數據發送通 信并且將首先檢查數據是否準備好用于發送操作或接收操作(705)。如果UomePlug IOA準備好用于這樣的操作(706)，則其根據已知的無線數據通信協議來執行正常無線信 號通信(707)。因此，用戶必須將一個插頭適配器設定成主適配器而將另一插頭適配器設 定成從屬適配器。目的是在不彼此影響的情況下同時發送數據及電力。
圖8描繪了本發明的第三實施例，其中，使用了兩個適配器，在無線設備20中 安裝了兩個電池。此配置可有利地用于高度主動的無線設備。數據流量非常忙并且對于 電池充電幾乎不存在待機模式。算法通過檢查有效的充電范圍而開始。無線設備將信號 發送到家用適配器插頭并且等待響應(801)。如果所接收到的信號為不良的或為不可接受 的(802)，則將觸發可視或可聽警告信號(803)以警告用戶。如果信號強度為可接受的， 則智能裝置將開始檢查主電池水平并判斷它是否高于可接受充電范圍的下限。如果充電 水平高于設定下限，則進行電池調換(805)，并且對主電池立即進行充電操作(806)。充 電操作將持續對主電池進行充電，直到其水平超出上限為止(809)。然而，如果主電池強 度大于預定下限，則其將檢查備用電池水平以判斷其是否高于預定上限(807)。如果回答 為否定的，則充電操作開始對備用電池進行充電(808)。
雖然已示出并描述被視為本發明的優選實施例的實施例，但應理解，當然可以 容易地在并不脫離本發明的精神的情況下做出形式上或細節上的多種修改及改變。因 此，本發明并不限于所描述及所說明的確切形式，而應解釋為涵蓋可能屬于所附權利要 求書范圍內的所有修改。1權利要求
1.一種用于無線聯網設備的智能電力管理系統，所述無線聯網設備包括用于給所述 聯網設備供電的一個或多個可充電能量儲存設備，所述系統包含適配器設備，適于耦合到AC電源，所述適配器設備進一步包含充電單元，所述充電 單元接收所述AC電源，并且產生并經由第一發送器發送RF電力信號，以便對所述無線 聯網設備的所述可充電能量儲存設備進行充電；所述適配器進一步具有用于將無線數據通信信號從所述AC電源發送到所述無線聯網 設備的第二發送器設備，以及用于接收從所述無線聯網設備到所述AC電源的無線數據通 信信號的接收器設備；以及可切換天線設備，被切換以在第一操作模式中從所述無線聯網設備接收無線數據通 信信號或將無線數據通信信號發送到所述無線聯網設備，并且被切換以在第二操作模式 中發送所述RF電力信號以便給無線聯網設備供電。
2.如權利要求1所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述AC電源 提供所述AC電力及信號。
3.如權利要求1所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述無線聯網 設備包含電力收集單元，包括RF能量轉換器，所述RF能量轉換器用于接收所述發送的RF電 力信號并且將所述RF電力信號轉換成適于對所述無線聯網設備進行充電的充電電流；開關設備，耦合到所述一個或多個可充電能量儲存設備，用于根據設備電力水平狀 態接通或切斷所述充電電流；以及控制單元，用于監測指示所述一個或多個能量儲存設備的充電狀態的設備電力水平 狀態，所述控制單元操作性地耦合到所述開關設備，以便在判定設備電力水平狀態低于 可接受限度時能夠接通充電電流以對所述能量儲存設備進行充電，其中，所述系統提供無線設備充電以將能量儲存設備維持在適當充電水平。
4.如權利要求1所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述適配器設 備的所述充電單元包含信號轉換器裝置，用于產生與所述接收到的AC電力信號相稱的DC信號；頻率發生器設備，接收所述產生的DC信號并且根據所述產生的DC信號來選擇RF 電力信號頻率；以及RF電力放大器，用于產生所述發送的RF電力信號，以便以所述選定的RF電力信號 頻率給無線聯網設備供電。
5.如權利要求3所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述無線聯網 設備同時接收所述RF電力信號和所述無線數據通信信號這兩者。
6.如權利要求2所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述適配器設 備進一步包含網絡接口設備，用于允許在所述適配器單元與通信網絡之間通過AC電力線進行數據 通信；所述無線聯網設備適于經由所述適配器與所述通信網絡進行通信。
7.如權利要求5所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中所述適配器設備 進一步包含處理裝置，用于將來自所述接收器設備的接收到的無線數據信號轉換成適于經由所述AC電力線發送到所述通信網絡的數據信號；以及將從所述通信網絡接收到的數據信號 轉換成適于無線發送到所述無線聯網設備的數據信號。
8.如權利要求2所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述一個或多 個能量儲存設備包括用于給所述無線聯網設備供電的主電池，所述開關設備進一步可控 制，以便當判定所述主電池具有低于可接受限度的設備電力水平狀態時切斷從所述主電 池對無線聯網設備的供電并且啟動對所述主電池的充電操作。
9.如權利要求7所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述一個或多 個能量儲存設備進一步包括備用電池，所述開關設備進一步可控制，以便切斷從所述主 電池對無線聯網設備的供電，并且無縫地接通所述備用電池以便給無線聯網設備操作供 H1^ ο
10.如權利要求7所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述控制 單元進一步判定所述備用電池的充電狀態，所述開關設備進一步可控制，以便當判定所 述備用電池具有低于可接受限度的設備電力水平狀態時，啟用對所述備用電池的充電操作。
11.如權利要求7所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述無線聯 網設備適于判定其處于所述適配器設備的用于接收所述RF電力信號的距離范圍內還是所 述范圍外，以及當在所述范圍外時，為用戶產生范圍外指示。
12.如權利要求7所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述適配器 設備經由無線數據通信查詢所述無線聯網設備的所述一個或多個能量儲存設備的能量儲 存水平，所述系統允許從所述無線聯網設備產生用于在所述無線設備適配器處接收的信 號以用于指示電力水平狀態，所述適配器作為響應而啟動所述儲存設備充電操作或不啟 動充電操作。
13.如權利要求2所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，針對所述一 個或多個能量儲存設備的特性而定制為對所述無線聯網設備進行充電而產生的無線充電 信號，所述無線充電信號受到控制，以便根據能量儲存設備的需要來執行充電滯后或定 制充電/放電循環深度。
14.如權利要求11所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述適配器 設備為用于處置所述通信網絡與所述無線聯網設備之間的所述無線數據通信的第一適配 器設備，所述系統進一步包含第二適配器設備，可連接到電源插座裝置上用于接收AC電力信號，所述第二適配器 進一步包含充電單元，接收所述AC電力信號，并且當所述無線聯網設備指示電力水平 狀態低于設定限度時，產生并發送適于給所述無線聯網設備供電的所述RF電力信號。
15.如權利要求11所述的用于無線聯網設備的智能電力管理系統，其中，所述無線聯 網設備包含第一天線設備，用于接收從所述第一天線設備傳送的所述無線數據通信信 號，以及第二天線設備，用于從所述第二適配器設備接收所述RF電力信號，其中，所述 無線聯網設備同時接收所述RF電力信號和所述無線數據通信信號這兩者，所述RF電力 信號以各自的不同RF頻率經由所述天線設備發送到所述無線聯網設備。
16.—種適配器設備，耦合到提供AC電力信號的AC電源插座，在用于無線聯網設備 的智能電力管理系統中使用，所述適配器設備包含充電單元，接收所述AC電力信號，并且產生并發送RF電力信號以便給無線聯網設 備供電，所述充電單元包含信號轉換器裝置，用于產生與所述接收到的AC電力信號相稱的DC信號； 頻率發生器設備，接收所述產生的DC信號并且根據所述產生的DC信號來選擇RF 電力信號頻率；以及RF電力放大器，用于產生所述發送的RF電力信號以便以所述選定的RF電力信號頻 率給無線聯網設備供電；發送器設備，用于將無線數據通信信號發送到所述無線聯網設備，以及接收器設 備，用于從所述無線聯網設備接收無線數據通信信號；以及單個天線設備，適于從所述無線聯網設備接收無線數據通信信號或將無線信號發送 到所述無線聯網設備，并且同時發送所述RF電力信號以便給無線聯網設備供電，其中，所述無線數據通信信號和所述RF電力信號以各自的不同RF頻率經由所述天 線設備發送到所述無線聯網設備。
17.一種無線聯網設備的遠程智能充電的方法，所述設備具有用于給所述聯網設備供 電的一個或多個可充電能量儲存設備，所述方法包含在耦合到AC電源插座的適配器設備處接收AC電力信號，所述適配器設備具有用于 將無線數據通信信號發送到所述無線聯網設備的發送器設備，和用于從所述無線聯網設 備接收無線數據通信信號的接收器設備；在所述適配器設備處從所述接收到的AC電力信號產生RF電力信號以便無線發送到 無線聯網設備；以及在所述適配器設備處經由RF發送器發送所述RF電力信號以便給無線聯網設備供 電，其中，所述適配器設備包括單個天線設備，所述單個天線設備適于在第一操作模式 中從所述無線聯網設備接收無線數據通信信號或將無線信號發送到所述無線聯網設備， 并且在第二操作模式中發送所述RF電力信號以便給無線聯網設備供電； 在所述無線聯網設備處接收所述發送的RF電力信號；以及 將所述接收到的RF電力信號轉換成適于對所述無線聯網設備進行充電的充電電流； 監測指示所述一個或多個能量儲存設備的充電狀態的設備電力水平狀態；以及 經由耦合到所述一個或多個可充電能量儲存設備的開關設備接通或切斷充電電流， 以便根據所判定的設備電力水平狀態而對能量儲存設備進行充電；其中，在判定設備電 力水平狀態低于可接受限度時，所述開關設備允許接通充電電流以對所述能量儲存設備 進行充電。
18.如權利要求16所述的遠程智能充電的方法，其中，所述RF電力信號產生包含 將所述接收到的AC電力信號轉換成DC信號；基于所述DC信號來選擇RF電力信號頻率；以及以所述RF電力信號頻率放大信號，以便以所述選定的RF電力信號頻率給無線聯網 設備供電。
19.如權利要求16所述的遠程智能充電的方法，其中，所述監測包含在所述無線聯網設備處實現控制設備，以便判斷其處于所述適配器設備的用于接收 所述RF電力信號的距離范圍內還是所述范圍外，并且當在所述范圍外時，為用戶產生范圍外指示。
20.如權利要求16所述的遠程智能充電的方法，其中，所述監測包含在所述無線聯網設備處實現控制設備，以便判定所述可充電能量儲存設備的電力水平；經由無線數據信號發送將當前判定的電力水平傳送到所述適配器設備；以及當所述控制設備判定設備電力水平低于可接受限度時，在所述適配器設備處產生所 述RF電力信號以便在所述無線聯網設備處接收。
21.如權利要求19所述的遠程智能充電的方法，其中，所述將當前判定的電力水平傳 送到所述適配器設備是響應于所述適配器設備經由無線發送向所述無線聯網設備發出的 查詢。
22.如權利要求16所述的遠程智能充電的方法，其中，所述適配器設備為用于處置所 述通信網絡與所述無線聯網設備之間的所述無線數據通信的第一適配器設備，所述方法 進一步包含提供可安裝于第二電源插座裝置上用于接收AC電力信號的第二適配器設備，所述第 二適配器包含充電單元，接收所述AC電力信號，并且當所述無線聯網設備指示電力水 平狀態低于設定限度時，產生并發送適于給所述無線聯網設備供電的所述RF電力信號。
23.如權利要求16所述的遠程智能充電的方法，進一步包含在所述無線設備處的第一天線設備處接收從所述第一適配器設備傳送的所述無線數 據通信信號，以及在所述無線設備處的第二天線設備處從所述第二適配器設備同時接收所述RF電力信 號以便同時執行充電操作，所述無線數據通信信號及所述RF電力信號以各自的不同RF 頻率發送到所述無線聯網設備。
24.如權利要求17所述的遠程智能充電的方法，進一步包含可針對所述一個或多個能量儲存設備的特性而定制為對所述無線聯網設備進行充電 而產生的無線充電信號，所述無線充電信號受到控制，以便根據能量儲存設備的需要來 執行充電滯后或定制充電/放電循環深度。
25.一種用于無線聯網設備的智能電力管理系統，所述無線聯網設備包括用于給所述 聯網設備供電的一個或多個可充電能量儲存設備，所述系統包含第一適配器設備，用于耦合到AC電源插座，所述第一適配器設備具有用于將無線數 據通信信號發送到無線聯網設備的發送器設備，以及用于從所述無線聯網設備接收無線 數據通信信號的接收器設備，所述第一適配器設備提供用于經由AC電力線將數據信號傳 送到網絡的接口；第二適配器設備，用于耦合到提供AC電力信號的AC電源插座，并且適于與所述無 線聯網設備進行無線數據通信，所述第二適配器設備進一步包含充電單元，所述充電單 元接收所述AC電力信號，并且產生并發送RF電力信號以便給無線聯網設備供電；所述第一適配器設備包括適于從所述無線聯網設備接收無線數據通信信號或將無線 信號發送到所述無線聯網設備的單個天線設備，并且所述第二適配器設備包括適于發送 所述RF電力信號以便給所述無線聯網設備供電的單個天線設備，所述無線聯網設備同時 接收來自所述第一適配器設備的所述無線數據通信信號和來自所述第二適配器設備的RF電力信號這兩者；電力收集單元，設置在所述無線聯網設備處，包括RF能量轉換器單元，所述RF能 量轉換器單元用于接收所述發送的RF電力信號并且將所述RF電力信號轉換成適于對所 述無線聯網設備進行充電的充電電流；位于所述無線聯網設備處的開關設備，耦合到所述一個或多個可充電能量儲存設 備，用于根據設備電力水平狀態而接通或切斷所述充電電流；以及控制單元，用于監測指示所述一個或多個能量儲存設備的充電狀態的設備電力水平 狀態，所述控制單元操作性地耦合到所述開關設備，以便在判定設備電力水平狀態低于 可接受限度時能夠接通充電電流以對所述能量儲存設備進行充電，其中，所述系統提供無線設備充電以將能量儲存設備連續地維持在適當充電水平。
26. 一種用于無線聯網設備的智能電力管理系統，所述無線聯網設備包括用于給所述 聯網設備供電的一個或多個可充電能量儲存設備，所述系統包含第一適配器設備，用于耦合到AC電源插座，所述第一適配器設備具有用于將無線數 據通信信號發送到無線聯網設備的發送器設備，以及用于從所述無線聯網設備接收無線 數據通信信號的接收器設備，所述第一適配器設備提供用于經由AC電力線將數據信號傳 送到網絡的接口；第二適配器設備，用于耦合到提供AC電力信號的AC電源插座，并且適于與所述無 線聯網設備進行無線數據通信，所述第二適配器設備進一步包含充電單元，所述充電單 元接收所述AC電力信號，并且產生并發送RF電力信號以便給無線聯網設備供電；所述第一適配器設備包括適于從所述無線聯網設備接收無線數據通信信號或將無線 信號發送到所述無線聯網設備的單個天線設備，并且所述第二適配器設備包括適于發送 所述RF電力信號以便給所述無線聯網設備供電的單個天線設備，所述無線聯網設備同時 接收來自所述第一適配器設備的所述無線數據通信信號和來自所述第二適配器設備的RF 電力信號這兩者；電力收集單元，設置在所述無線聯網設備處，所述電力收集單元包括RF能量轉換器 單元，所述RF能量轉換器單元用于接收所述發送的RF電力信號并且將所述RF電力信號 轉換成適于對所述無線聯網設備進行充電的充電電流；位于所述無線聯網設備處的開關設備，耦合到所述一個或多個可充電能量儲存設 備，用于根據設備電力水平狀態而接通或切斷所述充電電流；以及控制單元，用于監測指示所述一個或多個能量儲存設備的充電狀態的設備電力水平 狀態，所述控制單元操作性地耦合到所述開關設備，以便在判定設備電力水平狀態低于 可接受限度時能夠接通充電電流以便對所述能量儲存設備進行充電，所述一個或多個能量儲存設備包括用于給所述無線聯網設備供電的主電池，并且進 一步包括備用電池，所述開關設備可控制，以便當判定所述主電池具有低于可接受限度 的設備電力水平狀態時切斷從所述主電池對無線聯網設備的供電并且啟動對所述主電池 的充電操作，并且無縫地接通所述備用電池以便給無線聯網設備操作供電， 其中，所述系統提供無線設備充電以將能量儲存設備維持在適當充電水平。
全文摘要
本發明提供一種用于無線聯網設備的智能電力管理的系統及方法。所述系統經由無線充電方法和維持無線設備中的電池的電力容量的方法而提供可靠的無線通信。所述電池經由嵌入到所述無線設備內部的RF收集單元而被充電。智能無線充電系統進一步包含耦合到AC電力線的至少兩個電池及至少兩個RF適配器設備。第一適配器被設定用于數據通信，而第二適配器用于發送電力。此外，當第一電池在有源模式期間使用時，對第二電池進行無線充電。
文檔編號H02J7/00GK102027654SQ200980117520
公開日2011年4月20日 申請日期2009年3月30日 優先權日2008年6月11日
發明者L·克萊芬格, T·達爾頓, 卡爾·萊登斯, 路易斯·許 申請人:國際商業機器公司