自主遠(yuǎn)程控制設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)程控制設(shè)備，包括：將光能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機(jī)(PVU)；能將消息發(fā)送至遠(yuǎn)程接收器的無線發(fā)射器(RF)；第一電能存儲(chǔ)元件(C1)，被連接至能量發(fā)電機(jī)(PVU)且用發(fā)電機(jī)(PVU)生成的電能進(jìn)行充電以在控制設(shè)備的第一運(yùn)行模式下為無線發(fā)射器(RF)供電；以及在第二運(yùn)行模式下為無線發(fā)射器(RF)供電的第二電能存儲(chǔ)元件(C2)，該控制設(shè)備的特征在于，第二電能存儲(chǔ)元件被通過并聯(lián)安裝的第一電阻(R1)和第一二極管(D1)連接到發(fā)電機(jī)(PVU)，第一二極管的陰極被連接到發(fā)電機(jī)(PVU)的正端子。
【專利說明】
自主遠(yuǎn)程控制設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種自主遠(yuǎn)程控制設(shè)備，包括將光或機(jī)械能量轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]這種設(shè)備在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。例如，已知一種通過轉(zhuǎn)化由電能量源提供的能量的自主供電部件。能量源可以尤其為電磁型(太陽(yáng)輻射)或機(jī)械型(風(fēng)或雨作用下的結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)或振動(dòng))。該電能量接下來被存儲(chǔ)在常用物理化學(xué)存儲(chǔ)部件中，如蓄電池、或優(yōu)選地超級(jí)電容器、或簡(jiǎn)單電容器。
[0003]這種設(shè)備具有通過電磁波、例如無線電波發(fā)射無線通信信號(hào)的發(fā)射部件。該發(fā)射部件能夠使該設(shè)備與其它不同家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行信息通信，如尤其是致動(dòng)器、控制單元和傳感器。該設(shè)備在可能情況下可具有通信信號(hào)接收部件，以便實(shí)施在該設(shè)備和其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的雙向通信。
[0004]該類型設(shè)備會(huì)出現(xiàn)的問題是光伏發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期未暴露于光輻射或無機(jī)械能輸入后的使用。事實(shí)上，在這種情況下，電能存儲(chǔ)部件通常是空的并且該設(shè)備不再運(yùn)行。
[0005]通常根據(jù)一些正常使用約束條件來確定能量轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)部件的尺寸。如果例如通過光伏板向設(shè)備供電，則存儲(chǔ)部件應(yīng)適于長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的續(xù)航時(shí)間，以便能夠即使在長(zhǎng)期未暴露后仍提供良好運(yùn)行。通常，這種應(yīng)用要求18小時(shí)的完整續(xù)航期間。該續(xù)航要求大容量能量存儲(chǔ)，并因此需要長(zhǎng)充電時(shí)間，在該期間設(shè)備不能運(yùn)行。
[0006]為了克服這種問題，已知一種具有不同特性、尤其是不同功率的兩種光伏板的設(shè)備，各個(gè)板為分立能量存儲(chǔ)元件供電。這些元件具有不同存儲(chǔ)容量。因此，小容量元件被迅速充電并因此可快速地為設(shè)備的優(yōu)先電路供電。然而，這種構(gòu)造復(fù)雜且成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種遠(yuǎn)程控制設(shè)備，能夠解決這些缺點(diǎn)和改善現(xiàn)有技術(shù)已知的自主設(shè)備。本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的控制設(shè)備，在暴露于光輻射后不久、甚至在預(yù)先長(zhǎng)時(shí)間未暴露于光輻射之后、或在輸入低機(jī)械能之后，能夠發(fā)送一些通信信號(hào)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，所述遠(yuǎn)程控制設(shè)備包括:將光能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機(jī);可將消息發(fā)送至遠(yuǎn)程接收器的無線發(fā)射器;第一電能存儲(chǔ)元件，被連接至能量發(fā)電機(jī)且用發(fā)電機(jī)生成的電能進(jìn)行充電以在控制設(shè)備的第一運(yùn)行模式下為無線發(fā)射器供電；和在第二運(yùn)行模式下為無線發(fā)射器供電的第二電能存儲(chǔ)元件。第二電能存儲(chǔ)元件被通過并聯(lián)安裝的第一電阻和第一二極管連接到所述發(fā)電機(jī)，所述第一二極管的陰極被連接到發(fā)電機(jī)的正端子。
[0009]所述第一電能存儲(chǔ)元件的最大存儲(chǔ)容量可比第二電能存儲(chǔ)元件的最大存儲(chǔ)容量小η倍，其中n> 100，甚至n> 1000。
[0010]所述第一電能存儲(chǔ)元件的充電電流比在具有由第一電阻和第二存儲(chǔ)元件構(gòu)成串聯(lián)組件的支路中流通的電流至少大k倍，其中k>2，甚至k>10。
[0011]所述控制設(shè)備可包括無線接收器，能夠接收消息。
[0012]所述第二存儲(chǔ)元件可包括超級(jí)電容器和/或可充電電池。
【附圖說明】
[0013]以舉例方式，附圖示出根據(jù)本發(fā)明的自主遠(yuǎn)程控制設(shè)備的實(shí)施方式。
[0014]圖1為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施方式的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下參照?qǐng)D1描述根據(jù)本發(fā)明的遠(yuǎn)程控制設(shè)備10的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0016]所述設(shè)備包括自主供電模塊I和具有RF通信電路的電路CIR。自主供電模塊能夠?yàn)殡娐饭╇姟?br>[0017]通信電路包括通信信號(hào)發(fā)射器TX、和在可能的情況下包括通信信號(hào)接收器RX。發(fā)射器優(yōu)選地為無線發(fā)射器，尤其是電磁信號(hào)發(fā)射器、尤其是無線電信號(hào)發(fā)射器。發(fā)射器能夠?qū)⒖刂浦噶詈?或消息和/或信息發(fā)送至近端設(shè)備、尤其發(fā)送至作為相同網(wǎng)絡(luò)(尤其是相同家庭網(wǎng)絡(luò))的一部分的設(shè)備。接收器優(yōu)選為無線接收器，尤其是電磁信號(hào)接收器、尤其是無線電信號(hào)接收器。所述接收器能夠從近端設(shè)備、尤其作為相同網(wǎng)絡(luò)(尤其是相同家庭網(wǎng)絡(luò))的一部分的設(shè)備接收控制指令和/或消息和/或信息。
[0018]電路CIR還包括人-機(jī)界面IHM。人-機(jī)界面IHM本身包括輸入元件、尤其是鍵盤或至少一個(gè)控制按鈕，和在可能的情況下包括信號(hào)顯示元件、尤其是屏幕或至少一個(gè)光指示器。人-機(jī)界面可包括觸摸屏。電路還包括邏輯處理單元ULT，如微處理器或微控制器。
[0019]自主供電模塊包括用于將光能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機(jī)PVU、第一電能存儲(chǔ)元件Cl和第二電能存儲(chǔ)元件C2。發(fā)電機(jī)PVU可包括發(fā)電機(jī)元件PV和二極管D2，二極管D2具有避免第一和第二存儲(chǔ)元件通過發(fā)電機(jī)放電的功能。替代地，該二極管可以分立元件呈現(xiàn)。尤其是，該二極管被設(shè)置在發(fā)電機(jī)的正端子。所述二極管還可被設(shè)置在發(fā)電機(jī)的負(fù)端子位置。在接下來的本文件中，“發(fā)電機(jī)PVU”表示整合該二極管D2的發(fā)電機(jī)。
[0020]替代地，發(fā)電機(jī)元件PV為感應(yīng)充電器類型(“inductive charging”或“wirelesscharging”)，用于將電磁能轉(zhuǎn)化為電能。
[0021]第一電能存儲(chǔ)元件Cl被連接至能量發(fā)電機(jī)PVU并被由發(fā)電機(jī)生成的電能充電，以向在控制設(shè)備的第一運(yùn)行模式、即短持續(xù)時(shí)間運(yùn)行模式下的通信元件的至少一個(gè)發(fā)射器TX供電。
[0022]第二電能存儲(chǔ)元件C2被用于向第二運(yùn)行模式、即長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間運(yùn)行模式下的發(fā)射器TX供電。該存儲(chǔ)元件可為超級(jí)電容器，即能夠在電池或蓄電池和傳統(tǒng)電解電容器之間得到中間的功率密度和能量密度的特定技術(shù)電容器。因此該類型組件能夠存儲(chǔ)蓄電池和電容器這兩種存儲(chǔ)技術(shù)之間的中間能量，且能夠比蓄電池或電池組更快速地釋放能量。
[0023]替代地，第二存儲(chǔ)元件可為蓄電池。第二電能存儲(chǔ)元件C2被通過并聯(lián)安裝的第一電阻Rl和第一二極管Dl連接到發(fā)電機(jī)PVU。第一二極管的陰極被連接至發(fā)電機(jī)的正端子。
[0024]發(fā)電機(jī)可為如硅太陽(yáng)能板之類的光伏板。發(fā)電機(jī)例如能夠在2001ux光輻射下、在3V至5V電壓下生成20μΑ至ΙΟΟμΑ的電流?？筛鶕?jù)應(yīng)用需要通過改變光伏電池的數(shù)量來調(diào)節(jié)由發(fā)電機(jī)傳送的電壓?？赏ㄟ^改變光伏電池的表面積來調(diào)節(jié)電流。
[0025]第一電能存儲(chǔ)元件Cl和第二電能存儲(chǔ)元件C2具有不同的電容量，尤其是它們的值可以相差100或1000倍。電容量的差值表示相同電流強(qiáng)度下的充電時(shí)間的明顯不同。
[0026]第一電能存儲(chǔ)元件Cl例如為電容器。其電容量通常被包括在50yF和2mF之間。例如，其電容量為220yF。第一存儲(chǔ)元件例如被充電到3V至5V的電壓。第一存儲(chǔ)元件Cl的作用為在足夠的電壓下快速存儲(chǔ)允許被電路、尤其是通信電路的發(fā)射器Tx使用的電能。優(yōu)選地，被存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)元件中且可由電路使用的能量應(yīng)足夠使發(fā)射器發(fā)射幾幀、尤其是一、二、三或四幀控制信號(hào)或信息。通常，各個(gè)幀持續(xù)大約10ms并且在發(fā)送這幾幀后第一存儲(chǔ)元件的電壓可下降到大約2V。
[0027]第二能量存儲(chǔ)元件C2例如為超級(jí)電容器。其電容量通常被包括在ImF和2F之間。例如，其電容量為330mF。
[0028]由于電阻Rl的存在，在第一存儲(chǔ)元件的充電時(shí)間期間，第二存儲(chǔ)元件的端子的電壓保持基本不變。尤其是，如果其先前為零值，那么保持基本為零值。
[0029]事實(shí)上，由發(fā)電機(jī)PVU傳送的電流在節(jié)點(diǎn)NI上分流為第一存儲(chǔ)元件Cl的充電電流和在由并聯(lián)的二極管Dl和電阻Rl構(gòu)成的支路中流通的電流。在充電階段，二極管Dl被阻斷，由此電流被電阻Rl和充電元件Cl分流。由于該電阻Rl存在于具有第二能量存儲(chǔ)元件C2的第一支路中，電流將優(yōu)先地在具有第一能量存儲(chǔ)元件Cl的支路中流通，因此將優(yōu)先地為第一能量存儲(chǔ)元件Cl充電。
[0030]電阻Rl值的選擇取決于由發(fā)電機(jī)PVU供應(yīng)的電流、為第一存儲(chǔ)元件Cl選擇的值、和為達(dá)到第一存儲(chǔ)元件Cl的已充電狀態(tài)的期望時(shí)間，換句話說允許短持續(xù)時(shí)間運(yùn)行所需要的時(shí)間。
[0031]因此，根據(jù)已知的暫態(tài)分析方法，可計(jì)算在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)為第一存儲(chǔ)元件Cl充電需要的電流。如所解釋的，由發(fā)電機(jī)PVU傳送的電流在分別具有第一充電元件Cl和電阻Rl的兩個(gè)支路中分流。流經(jīng)電阻Rl的電流因此為由發(fā)電機(jī)PVU傳送的電流和第一充電元件Cl的充電電流之間的差。已知發(fā)電機(jī)PVU的端子電壓，可確定電阻Rl的值。所述值通常為1kQ、甚至為10kQ量級(jí)。
[0032]在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，第一存儲(chǔ)元件Cl的充電電流比在具有由第一電阻Rl和第二存儲(chǔ)元件C2構(gòu)成的串聯(lián)組件的支路中流通的電流的大k倍，其中k > 2，甚至k > 1。其于此處涉及相關(guān)支路中的電流的平均值。從完全放電狀態(tài)開始對(duì)于第一存儲(chǔ)元件Cl的完整充電周期來計(jì)算平均值。
[0033]在使用為電路CIR、更具體地為發(fā)射器TX供電的第二存儲(chǔ)元件C2的能量時(shí)，二極管Dl是導(dǎo)通的，呈現(xiàn)與電阻Rl并聯(lián)連接的小電阻，并且因此對(duì)于由第二存儲(chǔ)元件C2傳送的電流而言還形成該電阻Rl的旁路(bypass)。
[0034]在一種實(shí)施例中，在額定消耗的假設(shè)下，330mF的第二存儲(chǔ)元件能夠保證在5天期間為電路CIR自主供電。
[0035]注意到這樣的供電結(jié)構(gòu)是極簡(jiǎn)單的并因此是極可靠的。特別地，不同組件被相互永久連接，而無需控制開關(guān)和因此無需這種控制開關(guān)的控制電路。存儲(chǔ)元件的充電邏輯是根據(jù)充電電流的比率直接確定的。二極管Dl的切換使得能夠自動(dòng)使用第一存儲(chǔ)元件或第二存儲(chǔ)元件。
[0036]接下來描述遠(yuǎn)程控制設(shè)備的實(shí)施方式的一種運(yùn)行模式。
[0037]在第一狀態(tài)下，假定控制設(shè)備被安置在黑暗中且第一和第二存儲(chǔ)元件被放電。在該情況下，由發(fā)電機(jī)傳送電流的強(qiáng)度為零。第一和第二存儲(chǔ)元件的端子電壓為零。
[0038]在第二狀態(tài)下，假定將設(shè)備暴露在光輻射下。因此發(fā)電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)度i的電流，其主要為第一存儲(chǔ)元件Cl充電，且由于電阻Rl的存在極少量地為第二存儲(chǔ)元件C2充電。因此為第一存儲(chǔ)元件Cl快速充電和為第二存儲(chǔ)元件C2慢速充電。因?yàn)榈谝淮鎯?chǔ)元件Cl的快速充電允許快速為電子電路充電并更具體地發(fā)射如上面提及的幾幀，由此達(dá)到本發(fā)明目的。在第二狀態(tài)下，有 UCl=UC2+iXRl，其中 UC1>UC2。
[0039]在第三狀態(tài)下，假定為電子電路供電以利用發(fā)射器發(fā)送幾幀。因此在第一存儲(chǔ)元件位置處提取能量。第一存儲(chǔ)元件的電壓因此快速地從約4V變到約2V。在該階段期間，假定第一存儲(chǔ)元件應(yīng)在10ms期間供應(yīng)大約I OmA至15mA的電流。所述設(shè)備處于短持續(xù)時(shí)間的第一運(yùn)行模式。
[0040]在第四狀態(tài)下，假定所述設(shè)備繼續(xù)被暴露在光輻射下和存儲(chǔ)元件繼續(xù)充電，第二存儲(chǔ)元件C2花費(fèi)比第一存儲(chǔ)元件Cl更多的充電時(shí)間。
[0041]在第五狀態(tài)下，假定所述設(shè)備已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。該狀態(tài)為“長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間”的運(yùn)行狀態(tài)，其中由第二存儲(chǔ)元件C2為電路CIR供電。二極管Dl處于導(dǎo)通狀態(tài)，端子正向偏置電壓為UDl0
[0042 ] 由于UCI = UC2+UDI，因此UC2 = UCl -UDI，以及因此第二存儲(chǔ)元件的端子電壓UC2小于第一存儲(chǔ)元件的端子電壓UC1。因此，由第二存儲(chǔ)元件傳送的電流僅用于向電子電路CIR供電且不能用于為第一存儲(chǔ)元件充電。
[0043]例如，在該狀態(tài)下，即使沒有照明，亦有大約150幀可被發(fā)射器發(fā)射。所述設(shè)備處于第二運(yùn)行模式。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備能夠使設(shè)備極快速地處于運(yùn)行條件下。本描述涉及其能量源為光的設(shè)備。然而，可用能夠?qū)⒎请娔芰哭D(zhuǎn)換成電能量的任何變換器代替所描述的光伏單元PVU，所述變換器例如由風(fēng)速計(jì)卷軸驅(qū)動(dòng)的電磁微發(fā)電機(jī)或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電力的壓電元件，其中壓電元件被安裝在該結(jié)構(gòu)上。
[0045]在第一和第二元件為如前所述的電容器的情況下，將元件存儲(chǔ)容量理解為以法拉第為單位表達(dá)的電容量。
[0046]第一和第二元件還可由蓄電池組構(gòu)成。在該情況下，將元件存儲(chǔ)容量理解為以安培小時(shí)為單位表達(dá)的電量。
[0047]其中一個(gè)元件可為電容和另一個(gè)元件可為蓄電池組。在該情況下，將元件存儲(chǔ)容量理解為設(shè)備運(yùn)行時(shí)這些元件存儲(chǔ)的能量。
[0048]如前所述，遠(yuǎn)程控制設(shè)備包括通信信號(hào)發(fā)射器TX、尤其是電磁信號(hào)(尤其是無線電信號(hào))發(fā)射器。所述發(fā)射器允許將控制指令和/或消息和/或信息傳送至近端設(shè)備、尤其是作為相同網(wǎng)絡(luò)(尤其是家庭網(wǎng)絡(luò))一部分的設(shè)備。因此，該控制設(shè)備可具有不同屬性。其尤其可為傳感器或無線電信標(biāo)臺(tái)。
[0049]在優(yōu)選實(shí)施方式中，控制設(shè)備是向?qū)⒖刂浦噶钜宰鳛橄嗤W(wǎng)絡(luò)一部分的其它設(shè)備為目的地發(fā)射的設(shè)備。
[0050]本發(fā)明還可應(yīng)用于具有顯示器的任何遠(yuǎn)程控制設(shè)備，顯示器更具體地為電子紙技術(shù)顯示器，電子紙的英文為“e-paper”或“e-1nk”。這樣的顯示器允許向用戶提供涉及作為相同家庭網(wǎng)絡(luò)一部分的設(shè)備的信息、尤其是環(huán)境參數(shù)，以通過用戶遠(yuǎn)程控制這些設(shè)備。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種遠(yuǎn)程控制設(shè)備，包括:將光能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機(jī)(PVU);能將消息發(fā)送至遠(yuǎn)程接收器的無線發(fā)射器(RF);第一電能存儲(chǔ)元件(Cl)，被連接至能量發(fā)電機(jī)(PVU)并且用發(fā)電機(jī)(PVU)生成的電能進(jìn)行充電以在控制設(shè)備的第一運(yùn)行模式下為無線發(fā)射器(RF)供電；以及第二電能存儲(chǔ)元件(C2)，在第二運(yùn)行模式下為無線發(fā)射器(RF)供電，所述控制設(shè)備的特征在于，所述第二電能存儲(chǔ)元件被通過并聯(lián)安裝的第一電阻(Rl)和第一二極管(Dl)連接到所述發(fā)電機(jī)(PVU)，所述第一二極管的陰極被連接到發(fā)電機(jī)(PVU)的正端子。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述第一電能存儲(chǔ)元件(Cl)的最大存儲(chǔ)容量(Ql)比第二電能存儲(chǔ)元件(C2)的最大存儲(chǔ)容量(Q2)小η倍，其中n> 100，甚至n>1000ο3.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述第一存儲(chǔ)元件(Cl)的充電電流比在具有由第一電阻(Rl)和第二存儲(chǔ)元件(C2)構(gòu)成串聯(lián)組件的支路中流通的電流至少大k倍，其中k>2，甚至k>10。4.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述控制設(shè)備包括能夠接收消息的無線接收器(RX)。5.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的控制設(shè)備，其特征在于，第二存儲(chǔ)元件(C2)包括超級(jí)電容器和/或可充電電池。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK105960665SQ201480074457
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2014年12月16日
【發(fā)明人】B·蘭伯桑德
【申請(qǐng)人】Somfy兩合公司