專利名稱：用于無線通信系統(tǒng)的電源設(shè)備和方法及傳感器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無線通信系統(tǒng)的電源設(shè)備，其包括-輸入端，其連接到發(fā)電機，-蓄電裝置，其存儲所接收到的電力，以及-電力管理裝置。本發(fā)明還涉及一種傳感器組件，其包括-測量物理量的傳感器，-連接到所述傳感器的處理電路，用于處理所測量的物理量的測量數(shù)據(jù)，-用于無線通信的射頻發(fā)送器，以及-用于無線通信系統(tǒng)的電源設(shè)備。本發(fā)明還涉及一種用于無線通信系統(tǒng)的供電方法。
背景技術(shù)：
用于無線通信系統(tǒng)的已知電源設(shè)備一般包括蓄電裝置。在已知方法中，蓄電裝置是可放電電池、可再充電電池或大容量電容器。在獨立(autonomous)設(shè)備中，通常由光電池或小面板提供電力。圖1示出了這種設(shè)備1的框圖。在該電源設(shè)備1中，供電發(fā)電機2經(jīng)由電壓和/ 或電流調(diào)節(jié)器4為蓄電裝置3供電。然后所存儲的電力提供給傳感器模塊5，以運行處理電路6、物理量傳感器7以及射頻發(fā)送器8。發(fā)電機優(yōu)選地由光電池組成。專利申請W02009021^8描述了一種這種類型的獨立電源設(shè)備。專利申請 EP1742373也公開了一種這種類型的設(shè)備，但是其具有雙存儲元件，以快速獲得所積累的電力。在已知的電源設(shè)備中，存儲裝置通常是高值電容器，例如電化電容器或超級電容器。在其他設(shè)備中，也使用大容量可再充電電池。這些高值電容器元件或可再充電電池具有電流和電壓充電和放電特性，該特性能夠使通信電路和相關(guān)傳感器的電子電路正確工作。但是這些元件具有一個重要缺點，即它們具有大的漏電流，由此放電時間相對較短。特殊地，當發(fā)電機是光電發(fā)電機時，非常有必要每天對存儲裝置再充電。因此在例如幾周的長時間沒有得到光照之后，這些元件不能使傳感器立即可用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電源設(shè)備，及用于無線通信系統(tǒng)、可使其在長時間沒有電源之后仍然可以工作的方法，以及包括這種電源設(shè)備的傳感器組件。根據(jù)本發(fā)明的一種用于無線通信系統(tǒng)的電源設(shè)備，其包括-輸入端，其連接到發(fā)電機，-蓄電裝置，其存儲所接收到的電力，以及
-電力管理裝置。包括-第一存儲裝置，其由具有低漏電流的可再充電電池組成，以及-第一存儲裝置的充電的管理和控制裝置，其限制所述電池的放電深度。所述放電深度優(yōu)選地控制為限定在小于5%。在優(yōu)選實施例中，所述具有低漏電流的可再充電電池是鋰扣式電池。優(yōu)選地，該設(shè)備包括具有低漏電流和大放電電流的第二存儲裝置。所述具有低漏電流和大放電電流的第二存儲裝置優(yōu)選地包括至少一個陶瓷型電容器。該設(shè)備優(yōu)選地包括第一限流器，其連接在所述輸入端和所述第一存儲裝置之間， 以限制或中斷所述第一充電裝置中的充電電流的流動。在特殊實施例中，該設(shè)備包括第二限流器，其連接在所述第一存儲裝置和所述第二存儲裝置之間，以限制所述第一存儲裝置中的放電電流的流動。優(yōu)選地，該設(shè)備包括當存儲裝置上的電壓下降到低于預定電壓時用于在輸出端中斷電力供應的裝置。優(yōu)選地，該設(shè)備包括連接到輸入端的光電型發(fā)電機。根據(jù)本發(fā)明的一種傳感器組件，其包括-測量物理量的傳感器，-連接到所述傳感器的處理電路，用于處理所測量的物理量的測量數(shù)據(jù)，以及-用于無線通信的射頻發(fā)送器，包括如前面所述的電源設(shè)備為所述傳感器、所述處理電路和/或所述射頻發(fā)送器供電，只要所述第一或第二存儲裝置的電壓高于預定值，傳感器、測量數(shù)據(jù)的處理和/或射頻發(fā)送的工作就被間歇觸發(fā)。根據(jù)本發(fā)明的一種用于無線通信系統(tǒng)的供電方法，其包括-限制第一存儲裝置中的充電電流，-限制第一存儲裝置中的放電電流，-控制第一存儲裝置中的放電深度，以及-當存儲裝置的充電低于預定值時，停止電力供應。有益地，所述放電深度控制為限定在小于5%。該方法優(yōu)選地包括由所述第一存儲裝置的受限放電電流對所述第二存儲裝置進行充電。在特殊實施例中，該方法包括對被供電電路的循環(huán)處理，包括-激活至少一個測量傳感器，-處理由所述至少一個傳感器提供的數(shù)據(jù)，-傳送射頻消息，以及-在預定時間段期間切換所述至少一個傳感器、所述至少一個發(fā)送器和所述數(shù)據(jù)處理器進入深度待機。


由以下對于本發(fā)明特殊實施例的具體說明，其他優(yōu)點和特征將變得更明顯，在附圖中顯示的僅是用于非限定的示例。-圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備的框圖；-圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電源設(shè)備的框圖；-圖3示出了在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的設(shè)備中使用的蓄電池的壽命相對放電深度的曲線圖；-圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的設(shè)備中使用的蓄電池的充電和放電的控制的曲線圖；-圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電源設(shè)備和傳感器組件的詳圖；-圖6A至圖6D示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電源設(shè)備和傳感器組件工作的時序圖；-圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的第一方法的流程圖；-圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于傳感器組件的第二方法的流程圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的一種設(shè)備，其使用具有低漏電流的可再充電電池。這種電池尤其是鋰扣式電池，但是其與用于大功率電源中的鋰離子電池技術(shù)上非常不同。鋰扣式可再充電電池通常用于為存儲器或非工作時間段的計算機時鐘的電源設(shè)計的低電流。這些電池具有非常低的漏電流，但是考慮到其具有非常高的內(nèi)部電阻器，它們不被設(shè)計為接收大的充電或放電電流。典型地，在這些電池中流動的電流必須小于1mA。有利地，在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，將限制具有低漏電流的可再充電電池的放電深度，從而保證相當長的工作壽命，例如幾年。這種類型電池的非常低的漏電流大約是每年 3 %。因此其遠低于電池或超級電容器類型的其他蓄電元件的漏電流。由此，用于無線通信系統(tǒng)的電源設(shè)備10包括連接到發(fā)電機12的輸入端11、存儲接收到的電力的蓄電裝置、以及電力調(diào)節(jié)裝置。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電源設(shè)備的框圖。在該設(shè)備中，第一存儲裝置13由具有低漏電流的可再充電電池13A組成。為了限制電池的充電，第一限流器14連接在輸入端11和電池之間。第一限流器14限制電流或切斷所述第一存儲裝置的充電電流的流動。當電池的充電電壓值達到預定的高閾值時，第一限流器14還能限制該電池的充電電壓。圖2中的設(shè)備還包括具有低漏電流和大放電電流的第二存儲裝置15。所述具有低漏電流和大放電電流的第二存儲裝置優(yōu)選地由至少一個陶瓷型電容器15A制成。為了限制電池13A的放電，第二限流器16連接在電池和具有低漏電流的第二存儲裝置15之間。第二限流器16限制所述第一存儲裝置的放電電流的流動。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該設(shè)備包括處理電路17，其管理和控制第一存儲裝置13的充電，以限制所述具有低漏電流的電池的放電深度。例如所述放電深度被控制為限定在 5%。當存儲裝置13和/或15上的電壓下降到小于預定電壓時，還通過用于切斷輸出端19 上的電力供應的裝置18來控制所述放電深度。所述用于切斷的裝置18連接在存儲裝置15 和傳感器5的電源輸出端19之間。在根據(jù)圖2框圖的設(shè)備中，光電發(fā)電機12連接到輸入端11，經(jīng)由第一限流器14為具有低漏電流的鋰扣式電池13A供電。所述電池13A經(jīng)由限制放電電流的第二限流器16 為電容器15A供電。此后電容器15A能夠為具有大電流的傳感器5的電路供電，使其在傳感器7、處理電路6和射頻發(fā)送器8的預定時間段期間工作。如果電池上的電壓不再充足， 開關(guān)18能夠停止向傳感器電路的電力供應，從而保存所述電池的壽命。通過傳感器組件的超弱平均值消耗限制電池13A在發(fā)電機12不工作時間段期間的放電深度。在光電發(fā)電機12的實例中，元件的放電時間段是一個晚上。在一個晚上期間， 電池13A的放電深度由此限制為其額定容量的幾個百分點的最大值，典型地為大約0. 1至 5%。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的設(shè)備中使用的蓄電池的壽命相對放電深度的曲線圖20。該曲線圖20示出了鋰扣式電池的充放電周期數(shù)相對所述電池的放電深度。 選擇將電池13A的放電深度限制為幾個百分點能夠獲得非常高的充放電周期數(shù)，例如大約 8000。通過曲線圖20上的區(qū)域21標記出了該選擇。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的設(shè)備中使用的蓄電池的充電和放電的曲線圖23。例如，在時刻tl和時刻t2之間，由光電發(fā)電機12為電池充電。該充電發(fā)生在白天或光電發(fā)電機被照射時。在該充電期間限制電池中的電流。然后在時刻t2，電池上的電壓達到預定高值VI。此后第一限流器限制電池上的電壓。在時刻t3，發(fā)電機不再供電，并且電池由于黑暗和傳感器的測量和傳送射頻信息的工作而放電。這些時間段在例如時刻t4、 t538觸發(fā)。在這些時刻電容器15A上的電壓70由于傳感器模塊5在測量和射頻發(fā)送期間的消耗而暫時下降。此后電容器上的電壓緩慢地通過第二限流器16從電池13A再充電，同時傳感器模塊5處于待機狀態(tài)。如果電容器15A上的電壓70達到低值V2，電壓監(jiān)控器17打開開關(guān)18以防止傳感器模塊5在欠電壓情況下非最佳運行，并且同時防止電池13A由于完全放電而損壞。電壓監(jiān)控器17保持開關(guān)18打開，直到電容器15A上的電壓增加到足夠傳感器模塊5正常運行的預定值V3。在給出的實例中，隨著光電發(fā)電機12再次被照射并在時刻t7再次開始產(chǎn)生電力，在時刻偽達到電壓V3。如果電壓到達低值V2，則電池停止放電。Vl和V2之間的差被監(jiān)控為具有受限制的放電深度。有利地，該放電深度為大約2至5%。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電源設(shè)備和傳感器組件的詳圖。光電發(fā)電機連接在輸入端11上。連接在第一輸入端30和第一調(diào)節(jié)器14之間的二極管30與發(fā)電機串聯(lián)， 以防止任何電流放電至發(fā)電機。第一電流和電壓調(diào)節(jié)器14包括與連接到其源極的電阻器 32串聯(lián)的場效應晶體管31。晶體管的控制柵極通過電阻器33連接到電阻器32的另一端， 從而由晶體管執(zhí)行電流限制。晶體管還連接到處理電路7，以執(zhí)行電壓限制或調(diào)節(jié)，由晶體管32以自主方式執(zhí)行電流限制。電池13A連接第一調(diào)節(jié)器14的負荷側(cè)和基線34。處理電路17從電池13A接收電壓信號，以特別地執(zhí)行電壓調(diào)節(jié)。第二調(diào)節(jié)器16連接到電池13A。該第二調(diào)節(jié)器16包括與連接到其源極的電阻器 36串聯(lián)的場效應晶體管35。晶體管的控制柵極連接到電阻器32的另一端，從而由晶體管以自主方式執(zhí)行電流限制。電容器15A連接第二調(diào)節(jié)器16的負荷側(cè)和基線34。場效應晶體管31和35優(yōu)選地是能在限流器組件中自主偏置的耗盡型晶體管。用于切斷輸出端19上的電源的裝置18連接電容器15的負載側(cè)。它們包括串聯(lián)連接在基線34上的固態(tài)開關(guān)如MOSFET場效應晶體管37。該固態(tài)開關(guān)由具有磁滯的集成電壓比較器38控制。該比較器包括內(nèi)部電壓參考值，比較電阻分壓橋39的電壓部分與所述參考值。比較器輸出端和輸入端之間的電阻器40確定磁滯的幅值。圖5的傳感器組件還包括測量物理量的傳感器7A、連接到所述傳感器以處理所測量的物理量的測量數(shù)據(jù)的處理電路6A、以及用于無線通信的射頻發(fā)送器8A。這些元件由前面所述的電源設(shè)備供電。只要電池13A或電容器15A上的電壓大于預定值，所述傳感器、測量數(shù)據(jù)的處理和/或射頻發(fā)送的工作就被間歇觸發(fā)。在圖5中，由處理電路6A控制間歇期， 處理電路6A觸發(fā)傳感器7A和發(fā)送器8A的電力供應。圖6A至圖6D示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電源設(shè)備和傳感器組件工作的時序圖。 在圖6A中，曲線41示出了 C02氣體傳感器的動作。該動作起始于時刻tlO，并由圖6D的曲線44所表示的處理電路6A的處理器的動作所觸發(fā)。在時刻tll，二氧化碳氣體傳感器的動作停止，數(shù)據(jù)傳送到處理電路6A，并且傳感器例如溫度傳感器的動作由曲線42表示，并由處理器觸發(fā)。在時刻tl2，處理器能改變傳感器的工作模式。在時刻tl4，傳感器已完成它們的功能，并且處理電路處理待傳送的數(shù)據(jù)。此后在時刻tl4，處理電路觸發(fā)數(shù)據(jù)傳送。在傳送結(jié)束時，即時刻tl5，處理電路命令切換至相關(guān)電路的待機或深度待機狀態(tài)。例如，其命令斷開傳感器和發(fā)送器的電力供應連接，或?qū)⒑笳咔袚Q至深度待機。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的第一方法的流程圖。步驟50執(zhí)行限制如電池13A 的第一存儲裝置中的充電電流。此后在步驟51中，當電壓達到預定高值Vl時，切斷電池中的充電電流。步驟52執(zhí)行限制如電池13A的第一存儲裝置中的放電電流。步驟53執(zhí)行控制電池中的放電深度，從而保證非常大的充放電周期數(shù)。有利地，放電深度被控制為限定在 5%。傳感器由于間歇工作的低平均值消耗和電池的低漏電流也使得可以自然地限制放電深度，而不需要中斷正常的日常工作。步驟M通過電池13A的受限放電電流執(zhí)行如緩沖電容器15A的第二存儲裝置的充電。在步驟55中，執(zhí)行以緩沖電容器15A中充電的電力為傳感器電路供電。步驟56當存儲裝置的充電低于預定值時激活停止電力供應。此后當電池13A或電容器15A的充電達到預定低閾值V2時切斷電路的電力供應。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于傳感器組件的第二方法的流程圖。該方法包括啟動設(shè)備的電力供應的步驟60和初始化步驟61。此后循環(huán)或周期處理被供電的電路包括下述步驟。激活至少一個測量傳感器的步驟62特別地執(zhí)行二氧化碳氣體或溫度的測量。 由所述至少一個傳感器所提供的數(shù)據(jù)的處理步驟63處理和格式化測量數(shù)據(jù)。步驟64執(zhí)行射頻消息的傳送。此后步驟65命令在預定時間段期間將(多個)傳感器、發(fā)送器和數(shù)據(jù)處理電路切換至待機或深度待機狀態(tài)。提出上述方案例如用于給出最佳實施方式的目的。但是其他方案也是可能的。例如，處理電路17、6A和/或7A可以一起分組在單個電路中。前面所述的發(fā)電機可以是光電電池，但其他發(fā)電機是可能的，例如熱電、感應、機械或風力發(fā)電機。在根據(jù)本發(fā)明實施例的設(shè)備所使用的電池中，存在至少包括日本三洋電氣公司 (SANYO)或瓦爾塔公司(VARTA)的ML 1220型蓄電池。
權(quán)利要求
1.一種用于無線通信系統(tǒng)的電源設(shè)備，其包括； _輸入端(11)，其連接到發(fā)電機(12)，-蓄電裝置(3)，其存儲所接收到的電力，以及 _電力管理裝置(4)， 該設(shè)備的特征在于其包括-第一存儲裝置(13，13A)，其由具有低漏電流的可再充電電池組成，以及 -第一存儲裝置充電的管理和控制裝置(17，18)，其限制所述電池的放電深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述放電深度被控制為限定在小于5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于具有低漏電流的所述可再充電電池是鋰扣式電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的設(shè)備，其特征在于它包括具有低漏電流和大放電電流的第二存儲裝置(15，15A)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于具有低漏電流和大放電電流的所述第二存儲裝置(15，15A)包括至少一個陶瓷型電容器(15A)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的設(shè)備，其特征在于它包括連接在所述輸入端(11) 和所述第一存儲裝置(13，13A)之間的第一限流器(14，31，32，33)，以限制或切斷所述第一存儲裝置(13，13A)中d充電電流的流動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的設(shè)備，其特征在于它包括連接在所述第一存儲裝置(13，13A)和所述第二存儲裝置(15，15A)之間的第二限流器(16，35，36)，以限制所述第一存儲裝置中的放電電流的流動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的設(shè)備，其特征在于它包括當存儲裝置(13，13A， 15，15A)上的電壓下降到低于預定電壓(V2)時切斷輸出端(19)上的電力供應的裝置(18， 37-40)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的設(shè)備，其特征在于它包括連接到輸入端(11)的光電型發(fā)電機(12)。
10.一種傳感器組件，包括-測量物理量的傳感器(7，7A)，-連接到所述傳感器的處理電路(6，6A)，用于處理所測量的物理量的測量數(shù)據(jù)，以及 _用于無線通信的射頻發(fā)送器(8，8A)，其特征在于它包括根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述的電源設(shè)備，以為所述傳感器(7， 7A)、所述處理電路(6，6A)和/或所述射頻發(fā)送器(8，8A)供電，只要所述第一或第二存儲裝置的電壓高于預定值(V2)，所述傳感器、測量數(shù)據(jù)的處理和/或射頻發(fā)送的工作被間歇觸發(fā)。
11.一種根據(jù)本發(fā)明的用于無線通信系統(tǒng)的供電方法，其特征在于它包括 -限制(50)第一存儲裝置(13，13A)中的充電電流，-限制(52)第一存儲裝置(13，13A)中的放電電流， -控制第一存儲裝置(13，13A)中的放電深度(53)，以及 -當存儲裝置的充電低于預定值(V2)時，禁止(56)電力供應。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的供電方法，其特征在于所述放電深度被控制為限定在小于5%。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的供電方法，其特征在于它包括由所述第一存儲裝置 (13，13A)的受限放電電流對第二存儲裝置(15，15A)充電(54)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13任一項所述的供電方法，其特征在于它包括被供電電路的循環(huán)處理，其包括-激活(6 至少一個測量傳感器，-處理(6 由所述至少一個傳感器提供的數(shù)據(jù)，-傳送(64)射頻信息，以及-在預定時間段期間將所述至少一個傳感器、所述至少一個發(fā)送器和所述數(shù)據(jù)處理器切換(65)至深度待機。
全文摘要
用于無線通信系統(tǒng)的電源設(shè)備，其包括連接到發(fā)電機(12)的輸入端(11)，存儲所接收到電力的可再充電電池，以及電力調(diào)節(jié)器(4)?？稍俪潆婋姵?13，13A)是低漏電流型。提供可再充電電池充電的管理和控制電路(17，18)以限制所述電池的放電深度。供電方法包括限制(50)充電電流、限制(52)放電電流、以及控制可再充電電池的放電深度(53)。當可再充電電池或緩沖電容器(15A)上的充電低于預定值(V2)時，禁止電力供應。
文檔編號H02J7/35GK102386671SQ20111022522
公開日2012年3月21日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月14日
發(fā)明者H·雷西格爾 申請人:施耐德電器工業(yè)公司