CN102027654A - 智能无线充电系统 - Google Patents

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CN102027654A CN2009801175208A CN200980117520A CN102027654A CN 102027654 A CN102027654 A CN 102027654A CN 2009801175208 A CN2009801175208 A CN 2009801175208A CN 200980117520 A CN200980117520 A CN 200980117520A CN 102027654 A CN102027654 A CN 102027654A
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T·达尔顿
路易斯·许
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Abstract

本发明提供一种用于无线联网设备的智能电力管理的系统及方法。所述系统经由无线充电方法和维持无线设备中的电池的电力容量的方法而提供可靠的无线通信。所述电池经由嵌入到所述无线设备内部的RF收集单元而被充电。智能无线充电系统进一步包含耦合到AC电力线的至少两个电池及至少两个RF适配器设备。第一适配器被设定用于数据通信，而第二适配器用于发送电力。此外，当第一电池在有源模式期间使用时，对第二电池进行无线充电。

Description

智能无线充电系统
技术领域
本发明总地来说涉及无线充电系统，更具体而言，涉及用于对无线联网设备提供无线智能充电的系统及方法。
背景技术
小型办公室及家庭的联网正变得愈加风行。例如，在家庭办公室中，强烈需要在不必须安装以太网络或双绞线骨干布线的情况下具有低廉并且可靠地互连多个网络设备的能力。这些网络设备例如包括个人计算机、膝上型计算机、打印机、数字TV、机顶盒、家用电器等。为达成此目的，已将无线解决方案及电力线上的因特网解决方案(例如，根据
Figure BPA00001255642000011
工业解决方案)两者视作这种联网的物理层骨干。
如所知，
Figure BPA00001255642000012
利用现有家中AC电力线以用于以高速发送信号数据。常规电力线网络通常以从约10kbps到350kbps范围内的数据速率来操作。
颁予Propp等人的标题为“Power line CommunicationApparatus”的美国专利4,815,106公开了经由均衡器/编码方案的电力线通信方法。可实现基于诸如二进制移频键控(BFSK)之类的调频(FM)方法的350kbps电力线网络系统。在颁予Beukema等人的美国专利第6,243,413号中，描述了用于1Mbps电力线通信信道的调制系统。
目前，所有无线
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系统都需要具有天线及无线
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适配器的无线设备以促进无线设备与网络之间的无线数据通信。然而，无线设备需要电源以使其维持操作。主要通过使用电池给无线设备(尤其那些便携式无线设备)供电。使用通常插入到墙壁AC电源插座中以从其获得电力的充电设备对电池周期性地充电。
为了降低电线拥挤度，实施无线设备以用于对电池进行充电的无线方法已经实现。这些无线充电方法包括将电池组耦合到无线充电源的射频接口、光学接口或磁性接口。无线充电电池系统的多个示例包括：
目前，大多数RFID系统为被动的，并且通常包括用于将操作能量(电磁场、电场或磁场)提供到指定范围内的接收器(标签)的发送器或收发器设备。响应于所发送的操作能量的施加，标签产生由RFID系统接收器(收发器)接收的信号。所产生的标签信号包括用于唯一地识别标签和与其相关联的对象的一个或多个唯一识别符。在被动RFID标签中，没有能量储存，并且因此不需要电池。然而，例如由RFID发送设备所产生的被动能量不能用于给诸如蜂窝电话、便携式计算机等之类的现有无线设备供电。
在Vecchione、Elio等人的标题为“Short-range wireless powertransmission and reception”的美国专利申请公开第20060238365号中公开了一种以无线方式对电池充电的方式。其描述了一种短程无线电力发送及接收系统的方法。电力经由电磁辐射从电力公司主干电源发送到受供电的电器。所述电器能够接收所发送的电力，将其转换成电并且将其储存以供后续使用，以及将其直接用于给所述电器供电。此方法现在被实现以对电动牙刷的电池进行充电，然而，其并不解决电线拥挤度问题，因为接收系统仍需要电线。
Greene、Charles E.等人的标题为“Power transmission system，apparatus and method with communication”的美国专利申请公开第20070010295号教导了进行通信的电力发送系统，其具有基站，所述基站具有无线电力发送器、无线数据发送组件及第一无线数据接收组件。所述系统包括远程站，所述远程站具有用于将来自电力发送器的电力转换成直流的电力收集器及与所述电力收集器通信以用于储存所述直流的电力储存组件。或者，所述系统包括基站，所述基站具有以一频率(在所述频率下，任何旁频带处于或低于所需电平)来发送电力的无线电力发送器，以及第一无线数据通信组件。基站用于将操作能量及数据发送到远程站。不同于RFID系统，所提议的远程站为主动系统，意味着其含有电力储存器并且具有在基站不供应操作能量时进行操作的能力。然而，由于缺少智能充电系统，当设备处于使用中时，电池可能被过分充电或不具有足够容量。额外问题为，当设备放置于充电范围外时，不提供警告系统，并且不存在保证可靠及连续操作的机制，因为电池充电将中断数据通信操作。
Wendler、Steve的标题为“Integration of antenna and solarcharger for remote asset tracking”的美国专利申请公开第20060244573A1号提议一种设备，其包含被配置成将电力提供至资产追踪设备(asset tracking device)的太阳能电池组及被配置成将信号提供到所述资产追踪设备的天线。所述太阳能电池组包含一组连接到所述资产追踪设备的太阳能电池。所述太阳能电池被配置成当外部电力不可用于所述资产追踪设备时，提供电力以使得所述资产追踪设备能够操作。来自所述太阳能电池组的电力可用于直接给所述资产追踪设备供电和/或对所述资产追踪设备所使用的电池进行充电。所述天线可包括全球导航卫星系统(GNSS)天线以及被无线收发器用于分别从所述资产追踪设备接收信息及将信息发送到所述资产追踪设备的天线。
在太阳能为唯一电源的情况下，这些设备必须放置于太阳下。其可用于温室中，但电池将在夜晚或在阴天期间耗尽。其并非为诸如蜂窝电话或便携式计算机之类的设备维持电力的可靠手段。
Ayala、Adan的标题为“Battery charge indicator”的美国专利申请公开第20060251958A1号提议一种便携式电动工具的电池充电指示器，具有根据可移动部件分别由无绳设备及充电器的突出所移动的位置来指示电池组的充电状态的指示器组件。无绳工具的电池充电水平被示出。当对其充分充电时，所述系统可开始对另一电池进行充电。使用有线接口对此工具进行充电。这样的应用不需要对电池充电智能。
对于无线充电系统，希望确保将电池维持在全容量状态，以使得在无线设备的利用期间不存在断电。进一步希望电池不被过分充电，即，当达到全充电容量时，可终止充电机制。对于
Figure BPA00001255642000041
应用，也需要无线设备位于充电距离内以使得可对设备的电池有效地充电。这种应用的另一关键方面为，在无线设备的利用期间，电池充电不应中断数据通信操作。对于
Figure BPA00001255642000042
系统，存在对智能充电系统的需要，其中电池在无线模式中被自动充电以确保不中断的无线数据通信。
发明内容
本发明提供用于无线设备的智能电池充电系统(在此称作IBCS)，以使得将主电池始终维持在一适当充电水平。经由无线通信来执行充电。
一方面，本发明包括备用电池，因此当主电池处于使用中时，可对备用电池进行充电以避免中断正常操作并且维持正常操作。
另外，本发明提供达到预定电池充电水平并将其维持在上限及下限内的能力。当电池水平达到其下限时，IBCS启动用于启动充电的指令；而当电池电量达到其上限时，IBCS停止充电。
另一方面，本发明包括电池调换机制，其可操作以使得当主电池达到预设下限时，自动并且无缝地调换到备用电池，并且允许主电池继续充电。
本发明的又一目标为使内建式警告设备被嵌入以在IBCS内操作，当无线设备被放置于其电池充电范围外部时，所述内建式警告设备触发警告信号。
由此，根据本发明的第一实施例，提供用于无线联网设备的智能电力管理系统及方法，所述无线联网设备包括用于给联网设备供电的一个或多个可充电能量储存设备。所述系统包含：
适配器设备，适于耦合到提供AC电力信号的AC电源插座，所述适配器设备进一步包含充电单元，所述充电单元接收AC电力信号，并且产生并发送RF电力信号以用于对无线联网设备的可充电能量储存设备进行充电；
所述适配器进一步具有用于将无线数据通信信号发送到无线联网设备的发送器设备，以及用于从无线联网设备接收无线数据通信信号的接收器设备；以及
可切换天线设备，其被切换以在第一操作模式中从无线联网设备接收无线数据通信信号或将无线数据通信信号发送到无线联网设备，并且被切换以在第二操作模式中发送RF电力信号以用于给无线联网设备供电。
进一步针对此实施例，所述无线联网设备包含：
电力收集单元，其包括RF能量转换器，所述RF能量转换器用于接收所发送的RF电力信号并且将所述RF电力信号转换成适于对无线联网设备进行充电的充电电流；
开关设备，其耦合到一个或多个可充电能量储存设备，用于根据设备电力水平状态而接通或切断充电电流；以及
控制单元，其用于监测指示一个或多个能量储存设备的充电状态的设备电力水平状态，所述控制单元操作性地耦合到所述开关设备，以便在判定设备电力水平状态低于可接受限度时能够接通充电电流以对所述能量储存设备进行充电，
其中，所述系统提供无线设备充电以将能量储存设备维持在适当充电水平。
此外，适配器设备的充电单元包含：
信号转换器装置，其用于产生与所接收到的AC电力信号相称的dc信号；
频率发生器设备，其接收所产生的dc信号并且根据所产生的dc信号来选择RF电力信号频率；以及
RF电力放大器，其用于产生所发送的RF电力信号以用于以选定的RF电力信号频率给无线联网设备供电。
由此，在此实施例中，对于具有低数据通信的那些设备，单个适配器仅使用一个天线用作电源、发送器(TX)及接收器(RX)；然而，在无线设备中的电池正充电的同时，数据可能被搁置。此实施例可用于无线联网设备下载任何种类的文件，包括文本、照片、视频等，然而，单个低成本天线可被用来共享这三个功能。
根据第二实施例，提供用于无线联网设备的智能电力管理系统及方法，所述无线联网设备包括用于给所述联网设备供电的一个或多个可充电能量储存设备。所述系统包含：
第一适配器设备，其用于耦合到AC电源插孔，所述第一适配器设备具有用于将无线数据通信信号发送到无线联网设备的发送器设备，以及用于从无线联网设备接收无线数据通信信号的接收器设备，所述第一适配器设备提供一接口以用于经由AC电力线将数据信号传送到网络；
第二适配器设备，其用于耦合到提供AC电力信号的AC电源插孔，并且适于与无线联网设备进行无线数据通信，第二适配器设备进一步包含充电单元，所述充电单元接收AC电力信号，并且产生并发送RF电力信号以用于给无线联网设备供电；
第一适配器设备包括适于从无线联网设备接收无线数据通信信号或将无线信号发送到无线联网设备的单个天线设备，而第二适配器设备包括适于发送RF电力信号以用于给无线联网设备供电的单个天线设备，无线联网设备同时接收来自第一适配器设备的无线数据通信信号以及来自第二适配器设备的RF电力信号两者；
电力收集单元，其设置在无线联网设备处，所述电力收集单元包括RF能量转换器单元，所述RF能量转换器单元用于接收所发送的RF电力信号并且将所述RF电力信号转换成适于对无线联网设备进行充电的充电电流；
在无线联网设备处的开关设备，其耦合到一个或多个可充电能量储存设备，用于根据设备电力水平状态而接通或切断充电电流；以及
控制单元，其用于监测指示一个或多个能量储存设备的充电状态的设备电力水平状态，所述控制单元操作性地耦合到所述开关设备，以便在判定设备电力水平状态低于可接受范围时能够接通充电电流以对所述能量储存设备进行充电，
其中，所述系统提供无线设备充电以将能量储存设备维持在适当充电水平。
由此，在此实施例中，提供两个适配器插头(用于充电的从属适配器插头及用于数据通信的主适配器插头)以便同时启用所述无线联网设备的数据通信操作及电池充电操作。
根据第三实施例，提供用于无线联网设备的智能电力管理系统及方法，所述无线联网设备包括用于给所述联网设备供电的一个或多个可充电能量储存设备。所述系统包含：
第一适配器设备，其用于耦合到AC电源插孔，所述第一适配器设备具有用于将无线数据通信信号发送到无线联网设备的发送器设备，以及用于从无线联网设备接收无线数据通信信号的接收器设备，所述第一适配器设备提供一接口以用于经由AC电力线将数据信号传送到网络；
第二适配器设备，其用于耦合到提供AC电力信号的AC电源插孔，并且适于与无线联网设备进行无线数据通信，第二适配器设备进一步包含充电单元，所述充电单元接收AC电力信号，并且产生并发送RF电力信号以便给无线联网设备供电；
第一适配器设备包括适于从无线联网设备接收无线数据通信信号或将无线信号发送到无线联网设备的单个天线设备，而第二适配器设备包括适于发送RF电力信号以便给无线联网设备供电的单个天线设备，无线联网设备同时接收来自第一适配器设备的无线数据通信信号以及来自第二适配器设备的RF电力信号两者；
电力收集单元，其设置在无线联网设备处，所述电力收集单元包括RF能量转换器单元，所述RF能量转换器单元用于接收所发送的RF电力信号并且将所述RF电力信号转换成适于对无线联网设备进行充电的充电电流；
在无线联网设备处的开关设备，其耦合到一个或多个可充电能量储存设备，用于根据设备电力水平状态而接通或切断充电电流；以及
控制单元，其用于监测指示一个或多个能量储存设备的充电状态的设备电力水平状态，所述控制单元操作性地耦合到所述开关设备，以便在判定设备电力水平状态低于可接受范围时能够接通充电电流以对所述能量储存设备进行充电，
所述一个或多个能量储存设备包括用于给无线联网设备供电的主电池，并且进一步包括备用电池，切换设备可控制，以便切断从主电池对无线联网设备的供电，并且当判定主电池具有低于可接受范围的设备电力水平状态时启动对主电池的充电操作，并且无缝地接通备用电池以便给无线联网设备操作供电，
其中，所述系统提供无线设备充电以将能量储存设备维持在适当充电水平。
由此，在第三实施例中，无线设备中提供了两个可充电能量储存设备(电池)--一个电池适于作为备用电池。因此，在此实施例中，充电操作将不中断数据发送及接收。换言之，可动态地调换电池，并且借助于电容器设备而在调换期间保持充电。由此，将对无线设备维持充分供电。
进一步针对这些实施例，提供一种范围检查及警告系统，使得如果无线联网设备未足够靠近适配器，所述设备将警告用户无法充电，并且所述设备应被放置成更靠近从属适配器。
进一步针对本发明的上述实施例，可针对特定设备而定制IBCS系统所产生的无线充电信号。即，例如，可以以受控方式(例如通过在插头处提供的处理器设备所执行的指令可操作性地编程)执行无线充电。
例如，可针对存储设备特性而定制无线充电信号，例如执行特定类型的电池或存储设备所需的充电滞后，和/或控制充电/放电循环深度。
进一步针对本发明的上述实施例，根据本发明的设想的用于无线充电的电力储存设备的类型包括但不限于：可充电/可再充电电池、燃料电池、电容器、电荷储存器、电解设备、化学能量储存器、液流电池(flow cell)、伏打电池、放射性设备，或其它能量储存设备。
附图说明
在考虑下列对本发明的说明以及附图的情况下，对于本领域技术人员来说，本发明的特点和优点将变得显而易见，其中：
图1一般性地描绘了根据本发明的IBCS无线通信和电池充电系统；
图2是描绘了包括无线充电单元30的
Figure BPA00001255642000091
适配器10的框图；
图3是图2的适配器10的
Figure BPA00001255642000092
模块11的框图；
图4描绘了根据本发明的具有用于被无线远程充电的无线电池充电单元的无线设备20；
图5描绘了根据第一实施例的方法的用于控制充电的示例算法；
图6是描绘了实现两个电源适配器10A和10B的无线远程电池充电系统的框图，第一
Figure BPA00001255642000094
电源适配器充当与无线设备进行数据通信的主适配器10A，第二适配器10B主要用于电力发送；
图7A和7B描绘了实现根据本发明的第二实施例操作的两个家用适配器的相应的状态机控制的两个流程图；以及
图8描绘了本发明的第三实施例，其中，使用了两个适配器，在无线设备中安装了两个电池。
具体实施方式
参看描绘本发明的IBCS 10的图1，其提供一种用于与无线设备(例如可在家中或企业中发现的电子设备)进行通信并且对无线设备进行充电的无线装置。可受益于无线充电系统的这样的无线设备包括但不限于个人计算机、膝上型计算机、打印机、数字TV、机顶盒、家用电器等。
如图1所示，本发明的IBCS包括用于插入到电源插座的
Figure BPA00001255642000101
适配器10，该适配器配备了天线，该天线用以将RF信号发送至无线设备20以及从无线设备20接收RF信号以便与其进行无线通信。根据一种实现方式，从适配器10所传送的无线信号处于第一频率或处于第一频率范围内，或根据工业电力线通信标准(例如
Figure BPA00001255642000102
规范(例如，
Figure BPA00001255642000103
1.0)，经由家中的电力线将设备彼此连接的家用联网技术的规范的至少两种版本中的一种)来传送。
Figure BPA00001255642000104
认证产品连接PC与使用以太网络、USB及802.11的其它设备。许多设备嵌入了
Figure BPA00001255642000105
并经由家用网络(例如，以太网络)连接到其它家用设备。如本文中将更详细地解释，适配器10在无线环境内操作以提供用于将信号(诸如数据信号、视频信号、音频信号等)发送到电子设备及从电子设备接收信号的至少一个信号源，以及用于确保始终对电子设备充分充电的至少一个电力发送源。
在一个实施例中，适配器10还包括无线充电单元，该无线充电单元被设计以在第二频率或在第二频率范围内发送RF信号，所述RF信号被用来以可控(例如，可经由图2的
Figure BPA00001255642000106
适配器单元10内的频率发生器执行)的方式对无线设备20远程地充电。远程无线设备必须放置于特定距离范围内，以便可维持充电效率。在一示例中，在其中可将RF信号从
Figure BPA00001255642000107
适配器10传送到无线设备的距离范围在3英尺到20英尺的范围内，但随着技术进步可增大。另外，在此示例实施例中，在无线设备上配置了用于接收的两个或两个以上(例如，三个)无线设备天线，这是因为在一个实施例中，同时执行数据发送、接收及充电。可想象，在其他实施例中，由于可在不同时间段执行数据发送及电池充电，因此可允许较少数目的天线。尽管示出了
Figure BPA00001255642000108
电力系统，但可理解，相同的智能电池充电方法也可适用于其它无线配置，例如使用一基站及多个端点无线设备的配置。在任一实施例中，当无线设备20不处于充电范围内，并且电池低于预定下限时，可由系统产生可听警告信号，并且将被触发以警告用户。
参看为本发明的框图的图2，其关于包括无线充电单元30的适配器10，该无线充电单元30被集成或容纳于现有
Figure BPA00001255642000111
适配器10内。充电单元包含AC至DC转换器13、频率发生器15及RF放大器16。可按需要包括提供电力发送信号所需要的其它信号处理装置，例如，滤波器、调制器。转换器13将AC电流转换成DC电流，该DC电流用以产生合适频率，该合适频率接着由RF放大器16放大并且经由天线设备发送。提供了天线开关18以允许在电力发送与信号发送之间共享天线。控制单元26从处理器23接收控制信号以选择天线开关并且控制
Figure BPA00001255642000112
适配器中的其它信号/天线切换活动。电力线源按照如结合图3更详细描述的方式直接连接到AC/DC转换器13及
Figure BPA00001255642000113
模块11。
当前可以获得无充电单元的常规
Figure BPA00001255642000114
适配器10。然而，它不具有集成的无线充电单元30。通过将适配器插入墙壁电源插座(例如供应110/220伏特，单相或3相(未示出))中，适配器在一种操作模式中可以例如从电力线墙壁插座接收电力线信号，并且将其转换成RF信号，然后该RF信号可根据一通信协议经由共享天线而发送到一无线设备。同样，在另一操作模式中，适配器天线能够接收无线设备20所发送的RF信号，对其进行解调和/或处理，并且经由AC电力线将信息、数据或命令信号转发到家用网络99。另一方面，经由AC电力线从网络接收的来自
Figure BPA00001255642000115
模块11的信号耦合到802.3媒体访问控制器(MAC)单元12。这些信号经由多路复用器设备(MUX)14而被串行化并且经由发送器17及天线而向外发送到远程设备。在一个实施例中，根据
Figure BPA00001255642000116
联网技术规范来支配家用网络上的通信，该规范使无线设备能够经由家中或企业中的电力线与网络进行通信。
Figure BPA00001255642000117
认证产品经由电力线网络连接计算设备，例如膝上型计算机、手机、PC和使用以太网、USB及802.11的其它设备。这样的
Figure BPA00001255642000118
设备通常充当透明以太网络桥接器，并且许多计算机可将这些设备用于网络接入。存在本发明可根据其操作的
Figure BPA00001255642000119
标准的若干版本，包括：
Figure BPA000012556420001110
1.0版本(用于支配例如最高达14Mbit/s半双工速度的标准)、Turbo版本(用于例如最高达85Mbps的速度的标准)、以及AV版本(被设计用于支配信号在最高达200Mbps的HDTV及VoIP速度下的发送的标准)。应理解，其它家用联网技术标准也可进行支配。
在一个方面，本发明可配置以适应新开发的标准，诸如在I.E.E.E.P1901Draft Standard for Broadband over Power Line Networks中所描述的标准：媒体访问控制及物理层规范。此新兴标准支配用于交流电力线(即，对于所谓的电力线宽带(BPL)设备)上的高速通信(例如，在物理层处大于100Mbps)的调制技术。所提议的IEEE标准将使用低于100MHz的发送频率并且将可由所有类别的BPL设备使用，包括用于到宽带服务的第一英里/最后一英里连接(first-mile/last-mileconnection)(至房屋＜1500m)的BPL设备以及用于在建筑物中用于LAN及其它数据分布(设备之间＜100m)的BPL设备。此标准集中于所有类别的BPL设备对电力线通信信道的平衡并且有效的使用、定义用于不同BPL设备之间的共存性及可互操作性的详细机制，以及确保可提供所期望的带宽及服务品质。此标准限于物理层及数据链路层的媒体访问子层，如国际标准化组织(ISO)开放系统互连(OSI)基本参考模型所定义。
返回参看图2，在发送操作模式中，
Figure BPA00001255642000121
适配器可经由通过多路复用器MUX单元14或串行器设备进行选择而从MAC接口发送数据信号(该串行器设备将并行数据转换成串行数据)并且随后当经由编程开关设备18启用时经由耦合RF发送器TX设备17发送出去。类似地，在接收器操作模式中，无线设备所发送的信号由RF接收器RX设备19接收，并且随后通过多路分解器22或将串行数据转换成并行数据的解串行器处理。接着将这些数据耦合到802.3MAC设备。来自MAC的输出数据信号24呈媒体无关接口(或称作MII)格式，或类似的通信格式，并且耦合到模块11，用于通过电力线/网络99进行通信。包含易失性或非易失性存储器或两者的存储器单元21用来存储用于远程无线充电及通信操作的指令、关键数据及关键参数。存储器单元21耦合到用以控制天线开关并控制适配器与无线设备之间的数据流的流量的处理器23、控制器或数字信号处理器，如将在下文中更详细地解释。
参看图3，描绘了图2的适配器10中所描述的Homeplug模块11的详细框图，该Homeplug模块11作为与电力线/家用网络的接口来提供。
Figure BPA00001255642000131
模块11包含连接到墙壁AC插座110的耦合器111，并且具有发送器112、TX滤波器设备113、RX滤波器设备114、混合信号前端设备115及MAC/PHY层单元116。耦合器111将信号耦合到AC电力线/耦合来自AC电力线的信号。发送器经由TX滤波器设备113将模拟信号经由驱动器112发送到耦合器中，而接收器滤波器114经由耦合器从AC电力线接收信号。混合信号前端将所接收到的模拟信号转换成数字信号，并且反之亦然，即，将所接收到的数字信号转换成模拟信号。将经转换的数字信号发送到MAC/PHY块116并且转换为MII格式。
参看图4，该图描绘了根据本发明的具有无线电池充电单元的无线设备20，该无线电池充电单元可安装到无线设备20、耦合到无线设备20或嵌入在无线设备20内。该无线电池充电单元包含专用于电力收集单元200的第一天线。电力收集单元200进一步包含RF能量转换器单元201及DC充电器单元202。电力收集单元200经由其电力发送天线而接收从
Figure BPA00001255642000132
无线适配器10的电力发送器所发送的RF信号。DC充电器202将RF信号转换成DC电流，并且将用于根据无线设备的电力要求而对一或多个电池或其它电力储存设备充电。在一个实施例中，该无线设备包括两个电池，然而本发明不限于此。电池可包括但不限于：可充电/可再充电电池、燃料电池、电容器、电荷储存器、电解装置、化学能量储存器、液流电池、伏打电池、放射性装置，或其它能量储存装置。在一个实施例中，第一电池B1可充当用于正常无线设备操作的主电池；而第二电池B2可充当备用电池并且可在任何时间被充电。当主电池的电力水平降至低于预设或受控下限时，可使用备用电池以调换主电池。在图4中所描绘的示例实施例中，可使用四个(4个)开关设备来协调切换。例如，当B1被充分充电并且处于有源模式期间时，B1连接到核心设备的供电线，因此开关S3短路，而开关S1断开。同时，B2接通以用于充电，在此时刻，开关S2短路并且开关S4断开。为在电池调换期间避免电力噪声，提供电容器C1以使供电线稳定。块300为控制块，其具有一内嵌式状态机或协处理器，或DSP单元以控制开关。将在下文中更详细地论述根据编程状态机控制充电操作的算法。控制块300将控制信号发送到开关S1-S4、核心100以及RF收集单元200。这是因为无线充电请求(或停止无线充电请求)信号优选地经由TX天线430发送到
Figure BPA00001255642000141
适配器10，该信号可控制适配器启动发送RF信号或终止发送RF信号。双工核心设备100可在独立发送请求的同时接收信号。无线核心设计在本领域是已知的，因此将不进一步解释。RF收集以在无线模式中产生DC电流的细节在本领域也是已知的，例如作为非限制性示例的美国专利第7,068,991号及第6,664,770号中所示出及描述。
图5描绘了根据第一实施例示例的用于控制充电操作的示例算法。在此实施例中，包括单个电池并且由此仅需要一个相应
Figure BPA00001255642000142
适配器。
Figure BPA00001255642000143
适配器10可周期性地检查无线单元的电池水平(501)，并判断该水平是否为可接受的(502)。换言之，通过从适配器发送适当的查询信号并从无线设备接收响应信号，IBCS实施智能电力管理并可判断电池水平是否低于预定下限。例如，如果无线设备处理器判定充电水平为不可接受的，或低于下限阈值，则可产生并发送请求信号以供在适配器处接收以启动充电操作，并且作为响应，经由
Figure BPA00001255642000144
适配器，充电器将开始对电池无线地充电(503)，并且当电池被充分充电时，其返回在501处监测设备充电水平。否则，如果在502处判定电力水平为可接受的，则IBCS系统准备好(504)用于发送和/或接收无线数据通信(505)。如果无数据可用于数据通信，则该系统返回以监测电力水平。否则，其开始数据通信(506)。
应理解，根据本发明，可针对特定无线设备而定制IBCS系统所产生的无线充电信号。即，可以受控方式(例如通过系统处理器所执行的指令可操作性地编程)执行无线充电。例如，可针对存储设备特性而定制无线充电信号，例如执行如特定类型的电池或电力储存设备所需的充电滞后，和/或控制充电/放电循环深度。
根据此实施例及如本文中所描述的本发明的其它实施例中的每一个，在无线联网设备与适配器设备之间使用通信或握手机制以检查充电范围以及电力水平。在一个示例中，这是利用预定代码来实现的。例如，无线设备20可在判定需要智能充电之后发送出查询并等待一段预定时间。如果未从适配器接收到信号，则这是该设备不能被充电(例如，由于其处于无线数据通信范围外)的指示。由此，该设备将启动向用户产生警告信号(例如，可听声音或消息)，该警告向用户指示必须缩短设备之间的充电距离。当适配器从该设备接收到信号时，它将以可由该设备辨识的特定代码向该设备做出响应，以表明充电距离为可接受的。
一旦充电距离为可接受的，则在编程处理器控制下，适配器周期性地对无线设备查询电力水平，即，设备将经由无线数据通信信号发送适配器设备辨识的另一预定代码，以指示无线设备的电力低并且应在预定时间段内开始无线充电。如所提及，无线设备20具有电力管理设计(尤其对于双电池系统)，以处置电池调换及充电。
在第二实施例中，本发明被设计用于与半主动数据通信所需要的无线设备一起使用。在此示例中，如图6所示，实现了两个
Figure BPA00001255642000151
适配器10A及10B。第一
Figure BPA00001255642000152
充当主要用于数据通信的主适配器10A。第二适配器10B称作从属适配器，主要用于电力发送。因此，无线设备20应位于两个适配器的特定范围内，以使得其可接收同时发送。因为充电信号及数据信号来自不同适配器，所以此“双插头”(主插头及从属插头)系统将低噪声提供到无线设备。
图7A和7B描绘了实现根据本发明的第二实施例操作的两个家用适配器的相应的状态机控制的两个流程图。为使充电更为有效，无线设备必须首先放置于朝向电力适配器的特定范围内。检查此距离的一种方式是在设备与电力适配器之间启动通信。如果无线设备不能从适配器接收到返回信号，则它将触发指示设备处于充电范围外的警告信号。另一示例，从属插头10B(图7A)连续地、周期性地或按需地检查无线设备的电池的充电范围以及电力水平(701)。如果判定无线设备位于根据本发明的无线充电的充电范围外部(702)，则将触发警告信号(704)。如果电池水平低于预定水平，则其将开始充电，并且无线设备可开始其正常操作。当电池水平达到预定高水平或设定上限时，充电操作将停止(703)。然后过程返回以检查电力水平及充电范围(701)。
应理解，根据本发明的每一个实施例，可针对特定无线设备而定制IBCS系统所产生的无线充电信号。即，可以受控方式(例如通过系统处理器所执行的指令可操作性地编程)执行无线充电。例如，可针对存储设备特性而定制无线充电信号，例如执行如特定类型的电池或电力储存设备所需的充电滞后，和/或控制充电/放电循环深度。例如，这样的无线充电信号可进一步用以确保一些类型的可再充电电池在再充电之前被充分放电。
在图7B中所描绘的本发明的实施例中，主家用插头10A仅负责执行数据发送通信并且将首先检查数据是否准备好用于发送操作或接收操作(705)。如果
Figure BPA00001255642000161
10A准备好用于这样的操作(706)，则其根据已知的无线数据通信协议来执行正常无线信号通信(707)。因此，用户必须将一个插头适配器设定成主适配器而将另一插头适配器设定成从属适配器。目的是在不彼此影响的情况下同时发送数据及电力。
图8描绘了本发明的第三实施例，其中，使用了两个适配器，在无线设备20中安装了两个电池。此配置可有利地用于高度主动的无线设备。数据流量非常忙并且对于电池充电几乎不存在待机模式。算法通过检查有效的充电范围而开始。无线设备将信号发送到家用适配器插头并且等待响应(801)。如果所接收到的信号为不良的或为不可接受的(802)，则将触发可视或可听警告信号(803)以警告用户。如果信号强度为可接受的，则智能装置将开始检查主电池水平并判断它是否高于可接受充电范围的下限。如果充电水平高于设定下限，则进行电池调换(805)，并且对主电池立即进行充电操作(806)。充电操作将持续对主电池进行充电，直到其水平超出上限为止(809)。然而，如果主电池强度大于预定下限，则其将检查备用电池水平以判断其是否高于预定上限(807)。如果回答为否定的，则充电操作开始对备用电池进行充电(808)。
虽然已示出并描述被视为本发明的优选实施例的实施例，但应理解，当然可以容易地在并不脱离本发明的精神的情况下做出形式上或细节上的多种修改及改变。因此，本发明并不限于所描述及所说明的确切形式，而应解释为涵盖可能属于所附权利要求书范围内的所有修改。

Claims (26)

1.一种用于无线联网设备的智能电力管理系统，所述无线联网设备包括用于给所述联网设备供电的一个或多个可充电能量储存设备，所述系统包含：
适配器设备，适于耦合到AC电源，所述适配器设备进一步包含充电单元，所述充电单元接收所述AC电源，并且产生并经由第一发送器发送RF电力信号，以便对所述无线联网设备的所述可充电能量储存设备进行充电；
所述适配器进一步具有用于将无线数据通信信号从所述AC电源发送到所述无线联网设备的第二发送器设备，以及用于接收从所述无线联网设备到所述AC电源的无线数据通信信号的接收器设备；以及
可切换天线设备，被切换以在第一操作模式中从所述无线联网设备接收无线数据通信信号或将无线数据通信信号发送到所述无线联网设备，并且被切换以在第二操作模式中发送所述RF电力信号以便给无线联网设备供电。
2.如权利要求1所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述AC电源提供所述AC电力及信号。
3.如权利要求1所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述无线联网设备包含：
电力收集单元，包括RF能量转换器，所述RF能量转换器用于接收所述发送的RF电力信号并且将所述RF电力信号转换成适于对所述无线联网设备进行充电的充电电流；
开关设备，耦合到所述一个或多个可充电能量储存设备，用于根据设备电力水平状态接通或切断所述充电电流；以及
控制单元，用于监测指示所述一个或多个能量储存设备的充电状态的设备电力水平状态，所述控制单元操作性地耦合到所述开关设备，以便在判定设备电力水平状态低于可接受限度时能够接通充电电流以对所述能量储存设备进行充电，
其中，所述系统提供无线设备充电以将能量储存设备维持在适当充电水平。
4.如权利要求1所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述适配器设备的所述充电单元包含：
信号转换器装置，用于产生与所述接收到的AC电力信号相称的DC信号；
频率发生器设备，接收所述产生的DC信号并且根据所述产生的DC信号来选择RF电力信号频率；以及
RF电力放大器，用于产生所述发送的RF电力信号，以便以所述选定的RF电力信号频率给无线联网设备供电。
5.如权利要求3所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述无线联网设备同时接收所述RF电力信号和所述无线数据通信信号这两者。
6.如权利要求2所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述适配器设备进一步包含：
网络接口设备，用于允许在所述适配器单元与通信网络之间通过AC电力线进行数据通信；所述无线联网设备适于经由所述适配器与所述通信网络进行通信。
7.如权利要求5所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中所述适配器设备进一步包含：
处理装置，用于将来自所述接收器设备的接收到的无线数据信号转换成适于经由所述AC电力线发送到所述通信网络的数据信号；以及将从所述通信网络接收到的数据信号转换成适于无线发送到所述无线联网设备的数据信号。
8.如权利要求2所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述一个或多个能量储存设备包括用于给所述无线联网设备供电的主电池，所述开关设备进一步可控制，以便当判定所述主电池具有低于可接受限度的设备电力水平状态时切断从所述主电池对无线联网设备的供电并且启动对所述主电池的充电操作。
9.如权利要求7所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述一个或多个能量储存设备进一步包括备用电池，所述开关设备进一步可控制，以便切断从所述主电池对无线联网设备的供电，并且无缝地接通所述备用电池以便给无线联网设备操作供电。
10.如权利要求7所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述控制单元进一步判定所述备用电池的充电状态，所述开关设备进一步可控制，以便当判定所述备用电池具有低于可接受限度的设备电力水平状态时，启用对所述备用电池的充电操作。
11.如权利要求7所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述无线联网设备适于判定其处于所述适配器设备的用于接收所述RF电力信号的距离范围内还是所述范围外，以及当在所述范围外时，为用户产生范围外指示。
12.如权利要求7所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述适配器设备经由无线数据通信查询所述无线联网设备的所述一个或多个能量储存设备的能量储存水平，所述系统允许从所述无线联网设备产生用于在所述无线设备适配器处接收的信号以用于指示电力水平状态，所述适配器作为响应而启动所述储存设备充电操作或不启动充电操作。
13.如权利要求2所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，针对所述一个或多个能量储存设备的特性而定制为对所述无线联网设备进行充电而产生的无线充电信号，所述无线充电信号受到控制，以便根据能量储存设备的需要来执行充电滞后或定制充电/放电循环深度。
14.如权利要求11所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述适配器设备为用于处置所述通信网络与所述无线联网设备之间的所述无线数据通信的第一适配器设备，所述系统进一步包含：
第二适配器设备，可连接到电源插座装置上用于接收AC电力信号，所述第二适配器进一步包含：充电单元，接收所述AC电力信号，并且当所述无线联网设备指示电力水平状态低于设定限度时，产生并发送适于给所述无线联网设备供电的所述RF电力信号。
15.如权利要求11所述的用于无线联网设备的智能电力管理系统，其中，所述无线联网设备包含：第一天线设备，用于接收从所述第一天线设备传送的所述无线数据通信信号，以及第二天线设备，用于从所述第二适配器设备接收所述RF电力信号，其中，所述无线联网设备同时接收所述RF电力信号和所述无线数据通信信号这两者，所述RF电力信号以各自的不同RF频率经由所述天线设备发送到所述无线联网设备。
16.一种适配器设备，耦合到提供AC电力信号的AC电源插座，在用于无线联网设备的智能电力管理系统中使用，所述适配器设备包含：
充电单元，接收所述AC电力信号，并且产生并发送RF电力信号以便给无线联网设备供电，所述充电单元包含：
信号转换器装置，用于产生与所述接收到的AC电力信号相称的DC信号；
频率发生器设备，接收所述产生的DC信号并且根据所述产生的DC信号来选择RF电力信号频率；以及
RF电力放大器，用于产生所述发送的RF电力信号以便以所述选定的RF电力信号频率给无线联网设备供电；
发送器设备，用于将无线数据通信信号发送到所述无线联网设备，以及接收器设备，用于从所述无线联网设备接收无线数据通信信号；以及
单个天线设备，适于从所述无线联网设备接收无线数据通信信号或将无线信号发送到所述无线联网设备，并且同时发送所述RF电力信号以便给无线联网设备供电，
其中，所述无线数据通信信号和所述RF电力信号以各自的不同RF频率经由所述天线设备发送到所述无线联网设备。
17.一种无线联网设备的远程智能充电的方法，所述设备具有用于给所述联网设备供电的一个或多个可充电能量储存设备，所述方法包含：
在耦合到AC电源插座的适配器设备处接收AC电力信号，所述适配器设备具有用于将无线数据通信信号发送到所述无线联网设备的发送器设备，和用于从所述无线联网设备接收无线数据通信信号的接收器设备；
在所述适配器设备处从所述接收到的AC电力信号产生RF电力信号以便无线发送到无线联网设备；以及
在所述适配器设备处经由RF发送器发送所述RF电力信号以便给无线联网设备供电，其中，所述适配器设备包括单个天线设备，所述单个天线设备适于在第一操作模式中从所述无线联网设备接收无线数据通信信号或将无线信号发送到所述无线联网设备，并且在第二操作模式中发送所述RF电力信号以便给无线联网设备供电；
在所述无线联网设备处接收所述发送的RF电力信号；以及
将所述接收到的RF电力信号转换成适于对所述无线联网设备进行充电的充电电流；
监测指示所述一个或多个能量储存设备的充电状态的设备电力水平状态；以及
经由耦合到所述一个或多个可充电能量储存设备的开关设备接通或切断充电电流，以便根据所判定的设备电力水平状态而对能量储存设备进行充电；其中，在判定设备电力水平状态低于可接受限度时，所述开关设备允许接通充电电流以对所述能量储存设备进行充电。
18.如权利要求16所述的远程智能充电的方法，其中，所述RF电力信号产生包含：
将所述接收到的AC电力信号转换成DC信号；
基于所述DC信号来选择RF电力信号频率；以及
以所述RF电力信号频率放大信号，以便以所述选定的RF电力信号频率给无线联网设备供电。
19.如权利要求16所述的远程智能充电的方法，其中，所述监测包含：
在所述无线联网设备处实现控制设备，以便判断其处于所述适配器设备的用于接收所述RF电力信号的距离范围内还是所述范围外，并且当在所述范围外时，为用户产生范围外指示。
20.如权利要求16所述的远程智能充电的方法，其中，所述监测包含：
在所述无线联网设备处实现控制设备，以便判定所述可充电能量储存设备的电力水平；
经由无线数据信号发送将当前判定的电力水平传送到所述适配器设备；以及
当所述控制设备判定设备电力水平低于可接受限度时，在所述适配器设备处产生所述RF电力信号以便在所述无线联网设备处接收。
21.如权利要求19所述的远程智能充电的方法，其中，所述将当前判定的电力水平传送到所述适配器设备是响应于所述适配器设备经由无线发送向所述无线联网设备发出的查询。
22.如权利要求16所述的远程智能充电的方法，其中，所述适配器设备为用于处置所述通信网络与所述无线联网设备之间的所述无线数据通信的第一适配器设备，所述方法进一步包含：
提供可安装于第二电源插座装置上用于接收AC电力信号的第二适配器设备，所述第二适配器包含：充电单元，接收所述AC电力信号，并且当所述无线联网设备指示电力水平状态低于设定限度时，产生并发送适于给所述无线联网设备供电的所述RF电力信号。
23.如权利要求16所述的远程智能充电的方法，进一步包含：
在所述无线设备处的第一天线设备处接收从所述第一适配器设备传送的所述无线数据通信信号，以及
在所述无线设备处的第二天线设备处从所述第二适配器设备同时接收所述RF电力信号以便同时执行充电操作，所述无线数据通信信号及所述RF电力信号以各自的不同RF频率发送到所述无线联网设备。
24.如权利要求17所述的远程智能充电的方法，进一步包含：
可针对所述一个或多个能量储存设备的特性而定制为对所述无线联网设备进行充电而产生的无线充电信号，所述无线充电信号受到控制，以便根据能量储存设备的需要来执行充电滞后或定制充电/放电循环深度。
25.一种用于无线联网设备的智能电力管理系统，所述无线联网设备包括用于给所述联网设备供电的一个或多个可充电能量储存设备，所述系统包含：
第一适配器设备，用于耦合到AC电源插座，所述第一适配器设备具有用于将无线数据通信信号发送到无线联网设备的发送器设备，以及用于从所述无线联网设备接收无线数据通信信号的接收器设备，所述第一适配器设备提供用于经由AC电力线将数据信号传送到网络的接口；
第二适配器设备，用于耦合到提供AC电力信号的AC电源插座，并且适于与所述无线联网设备进行无线数据通信，所述第二适配器设备进一步包含充电单元，所述充电单元接收所述AC电力信号，并且产生并发送RF电力信号以便给无线联网设备供电；
所述第一适配器设备包括适于从所述无线联网设备接收无线数据通信信号或将无线信号发送到所述无线联网设备的单个天线设备，并且所述第二适配器设备包括适于发送所述RF电力信号以便给所述无线联网设备供电的单个天线设备，所述无线联网设备同时接收来自所述第一适配器设备的所述无线数据通信信号和来自所述第二适配器设备的RF电力信号这两者；
电力收集单元，设置在所述无线联网设备处，包括RF能量转换器单元，所述RF能量转换器单元用于接收所述发送的RF电力信号并且将所述RF电力信号转换成适于对所述无线联网设备进行充电的充电电流；
位于所述无线联网设备处的开关设备，耦合到所述一个或多个可充电能量储存设备，用于根据设备电力水平状态而接通或切断所述充电电流；以及
控制单元，用于监测指示所述一个或多个能量储存设备的充电状态的设备电力水平状态，所述控制单元操作性地耦合到所述开关设备，以便在判定设备电力水平状态低于可接受限度时能够接通充电电流以对所述能量储存设备进行充电，
其中，所述系统提供无线设备充电以将能量储存设备连续地维持在适当充电水平。
26.一种用于无线联网设备的智能电力管理系统，所述无线联网设备包括用于给所述联网设备供电的一个或多个可充电能量储存设备，所述系统包含：
第一适配器设备，用于耦合到AC电源插座，所述第一适配器设备具有用于将无线数据通信信号发送到无线联网设备的发送器设备，以及用于从所述无线联网设备接收无线数据通信信号的接收器设备，所述第一适配器设备提供用于经由AC电力线将数据信号传送到网络的接口；
第二适配器设备，用于耦合到提供AC电力信号的AC电源插座，并且适于与所述无线联网设备进行无线数据通信，所述第二适配器设备进一步包含充电单元，所述充电单元接收所述AC电力信号，并且产生并发送RF电力信号以便给无线联网设备供电；
所述第一适配器设备包括适于从所述无线联网设备接收无线数据通信信号或将无线信号发送到所述无线联网设备的单个天线设备，并且所述第二适配器设备包括适于发送所述RF电力信号以便给所述无线联网设备供电的单个天线设备，所述无线联网设备同时接收来自所述第一适配器设备的所述无线数据通信信号和来自所述第二适配器设备的RF电力信号这两者；
电力收集单元，设置在所述无线联网设备处，所述电力收集单元包括RF能量转换器单元，所述RF能量转换器单元用于接收所述发送的RF电力信号并且将所述RF电力信号转换成适于对所述无线联网设备进行充电的充电电流；
位于所述无线联网设备处的开关设备，耦合到所述一个或多个可充电能量储存设备，用于根据设备电力水平状态而接通或切断所述充电电流；以及
控制单元，用于监测指示所述一个或多个能量储存设备的充电状态的设备电力水平状态，所述控制单元操作性地耦合到所述开关设备，以便在判定设备电力水平状态低于可接受限度时能够接通充电电流以便对所述能量储存设备进行充电，
所述一个或多个能量储存设备包括用于给所述无线联网设备供电的主电池，并且进一步包括备用电池，所述开关设备可控制，以便当判定所述主电池具有低于可接受限度的设备电力水平状态时切断从所述主电池对无线联网设备的供电并且启动对所述主电池的充电操作，并且无缝地接通所述备用电池以便给无线联网设备操作供电，
其中，所述系统提供无线设备充电以将能量储存设备维持在适当充电水平。
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