自主远程控制设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种远程控制设备，包括：将光能或机械能转化成电能的发电机(PVU)；能将消息发送至远程接收器的无线发射器(RF)；第一电能存储元件(C1)，被连接至能量发电机(PVU)且用发电机(PVU)生成的电能进行充电以在控制设备的第一运行模式下为无线发射器(RF)供电；以及在第二运行模式下为无线发射器(RF)供电的第二电能存储元件(C2)，该控制设备的特征在于，第二电能存储元件被通过并联安装的第一电阻(R1)和第一二极管(D1)连接到发电机(PVU)，第一二极管的阴极被连接到发电机(PVU)的正端子。
【专利说明】
自主远程控制设备
技术领域
[0001]本发明涉及一种自主远程控制设备，包括将光或机械能量转化成电能的发电机。
【背景技术】
[0002]这种设备在现有技术中是已知的。例如，已知一种通过转化由电能量源提供的能量的自主供电部件。能量源可以尤其为电磁型(太阳辐射)或机械型(风或雨作用下的结构的旋转或振动)。该电能量接下来被存储在常用物理化学存储部件中，如蓄电池、或优选地超级电容器、或简单电容器。
[0003]这种设备具有通过电磁波、例如无线电波发射无线通信信号的发射部件。该发射部件能够使该设备与其它不同家庭网络设备进行信息通信，如尤其是致动器、控制单元和传感器。该设备在可能情况下可具有通信信号接收部件，以便实施在该设备和其它网络设备之间的双向通信。
[0004]该类型设备会出现的问题是光伏发电机长期未暴露于光辐射或无机械能输入后的使用。事实上，在这种情况下，电能存储部件通常是空的并且该设备不再运行。
[0005]通常根据一些正常使用约束条件来确定能量转化和存储部件的尺寸。如果例如通过光伏板向设备供电，则存储部件应适于长持续时间的续航时间，以便能够即使在长期未暴露后仍提供良好运行。通常，这种应用要求18小时的完整续航期间。该续航要求大容量能量存储，并因此需要长充电时间，在该期间设备不能运行。
[0006]为了克服这种问题，已知一种具有不同特性、尤其是不同功率的两种光伏板的设备，各个板为分立能量存储元件供电。这些元件具有不同存储容量。因此，小容量元件被迅速充电并因此可快速地为设备的优先电路供电。然而，这种构造复杂且成本高。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种远程控制设备，能够解决这些缺点和改善现有技术已知的自主设备。本发明提出一种结构简单的控制设备，在暴露于光辐射后不久、甚至在预先长时间未暴露于光辐射之后、或在输入低机械能之后，能够发送一些通信信号。
[0008]根据本发明，所述远程控制设备包括:将光能或机械能转化成电能的发电机;可将消息发送至远程接收器的无线发射器;第一电能存储元件，被连接至能量发电机且用发电机生成的电能进行充电以在控制设备的第一运行模式下为无线发射器供电；和在第二运行模式下为无线发射器供电的第二电能存储元件。第二电能存储元件被通过并联安装的第一电阻和第一二极管连接到所述发电机，所述第一二极管的阴极被连接到发电机的正端子。
[0009]所述第一电能存储元件的最大存储容量可比第二电能存储元件的最大存储容量小η倍，其中n> 100，甚至n> 1000。
[0010]所述第一电能存储元件的充电电流比在具有由第一电阻和第二存储元件构成串联组件的支路中流通的电流至少大k倍，其中k>2，甚至k>10。
[0011]所述控制设备可包括无线接收器，能够接收消息。
[0012]所述第二存储元件可包括超级电容器和/或可充电电池。
【附图说明】
[0013]以举例方式，附图示出根据本发明的自主远程控制设备的实施方式。
[0014]图1为根据本发明的设备的实施方式的电路原理图。
【具体实施方式】
[0015]以下参照图1描述根据本发明的远程控制设备10的优选实施方式。
[0016]所述设备包括自主供电模块I和具有RF通信电路的电路CIR。自主供电模块能够为电路供电。
[0017]通信电路包括通信信号发射器TX、和在可能的情况下包括通信信号接收器RX。发射器优选地为无线发射器，尤其是电磁信号发射器、尤其是无线电信号发射器。发射器能够将控制指令和/或消息和/或信息发送至近端设备、尤其发送至作为相同网络(尤其是相同家庭网络)的一部分的设备。接收器优选为无线接收器，尤其是电磁信号接收器、尤其是无线电信号接收器。所述接收器能够从近端设备、尤其作为相同网络(尤其是相同家庭网络)的一部分的设备接收控制指令和/或消息和/或信息。
[0018]电路CIR还包括人-机界面IHM。人-机界面IHM本身包括输入元件、尤其是键盘或至少一个控制按钮，和在可能的情况下包括信号显示元件、尤其是屏幕或至少一个光指示器。人-机界面可包括触摸屏。电路还包括逻辑处理单元ULT，如微处理器或微控制器。
[0019]自主供电模块包括用于将光能转化成电能的发电机PVU、第一电能存储元件Cl和第二电能存储元件C2。发电机PVU可包括发电机元件PV和二极管D2，二极管D2具有避免第一和第二存储元件通过发电机放电的功能。替代地，该二极管可以分立元件呈现。尤其是，该二极管被设置在发电机的正端子。所述二极管还可被设置在发电机的负端子位置。在接下来的本文件中，“发电机PVU”表示整合该二极管D2的发电机。
[0020]替代地，发电机元件PV为感应充电器类型(“inductive charging”或“wirelesscharging”)，用于将电磁能转化为电能。
[0021]第一电能存储元件Cl被连接至能量发电机PVU并被由发电机生成的电能充电，以向在控制设备的第一运行模式、即短持续时间运行模式下的通信元件的至少一个发射器TX供电。
[0022]第二电能存储元件C2被用于向第二运行模式、即长持续时间运行模式下的发射器TX供电。该存储元件可为超级电容器，即能够在电池或蓄电池和传统电解电容器之间得到中间的功率密度和能量密度的特定技术电容器。因此该类型组件能够存储蓄电池和电容器这两种存储技术之间的中间能量，且能够比蓄电池或电池组更快速地释放能量。
[0023]替代地，第二存储元件可为蓄电池。第二电能存储元件C2被通过并联安装的第一电阻Rl和第一二极管Dl连接到发电机PVU。第一二极管的阴极被连接至发电机的正端子。
[0024]发电机可为如硅太阳能板之类的光伏板。发电机例如能够在2001ux光辐射下、在3V至5V电压下生成20μΑ至ΙΟΟμΑ的电流。可根据应用需要通过改变光伏电池的数量来调节由发电机传送的电压。可通过改变光伏电池的表面积来调节电流。
[0025]第一电能存储元件Cl和第二电能存储元件C2具有不同的电容量，尤其是它们的值可以相差100或1000倍。电容量的差值表示相同电流强度下的充电时间的明显不同。
[0026]第一电能存储元件Cl例如为电容器。其电容量通常被包括在50yF和2mF之间。例如，其电容量为220yF。第一存储元件例如被充电到3V至5V的电压。第一存储元件Cl的作用为在足够的电压下快速存储允许被电路、尤其是通信电路的发射器Tx使用的电能。优选地，被存储在第一存储元件中且可由电路使用的能量应足够使发射器发射几帧、尤其是一、二、三或四帧控制信号或信息。通常，各个帧持续大约10ms并且在发送这几帧后第一存储元件的电压可下降到大约2V。
[0027]第二能量存储元件C2例如为超级电容器。其电容量通常被包括在ImF和2F之间。例如，其电容量为330mF。
[0028]由于电阻Rl的存在，在第一存储元件的充电时间期间，第二存储元件的端子的电压保持基本不变。尤其是，如果其先前为零值，那么保持基本为零值。
[0029]事实上，由发电机PVU传送的电流在节点NI上分流为第一存储元件Cl的充电电流和在由并联的二极管Dl和电阻Rl构成的支路中流通的电流。在充电阶段，二极管Dl被阻断，由此电流被电阻Rl和充电元件Cl分流。由于该电阻Rl存在于具有第二能量存储元件C2的第一支路中，电流将优先地在具有第一能量存储元件Cl的支路中流通，因此将优先地为第一能量存储元件Cl充电。
[0030]电阻Rl值的选择取决于由发电机PVU供应的电流、为第一存储元件Cl选择的值、和为达到第一存储元件Cl的已充电状态的期望时间，换句话说允许短持续时间运行所需要的时间。
[0031]因此，根据已知的暂态分析方法，可计算在预设时间内为第一存储元件Cl充电需要的电流。如所解释的，由发电机PVU传送的电流在分别具有第一充电元件Cl和电阻Rl的两个支路中分流。流经电阻Rl的电流因此为由发电机PVU传送的电流和第一充电元件Cl的充电电流之间的差。已知发电机PVU的端子电压，可确定电阻Rl的值。所述值通常为1kQ、甚至为10kQ量级。
[0032]在一种优选实施方式中，第一存储元件Cl的充电电流比在具有由第一电阻Rl和第二存储元件C2构成的串联组件的支路中流通的电流的大k倍，其中k > 2，甚至k > 1。其于此处涉及相关支路中的电流的平均值。从完全放电状态开始对于第一存储元件Cl的完整充电周期来计算平均值。
[0033]在使用为电路CIR、更具体地为发射器TX供电的第二存储元件C2的能量时，二极管Dl是导通的，呈现与电阻Rl并联连接的小电阻，并且因此对于由第二存储元件C2传送的电流而言还形成该电阻Rl的旁路(bypass)。
[0034]在一种实施例中，在额定消耗的假设下，330mF的第二存储元件能够保证在5天期间为电路CIR自主供电。
[0035]注意到这样的供电结构是极简单的并因此是极可靠的。特别地，不同组件被相互永久连接，而无需控制开关和因此无需这种控制开关的控制电路。存储元件的充电逻辑是根据充电电流的比率直接确定的。二极管Dl的切换使得能够自动使用第一存储元件或第二存储元件。
[0036]接下来描述远程控制设备的实施方式的一种运行模式。
[0037]在第一状态下，假定控制设备被安置在黑暗中且第一和第二存储元件被放电。在该情况下，由发电机传送电流的强度为零。第一和第二存储元件的端子电压为零。
[0038]在第二状态下，假定将设备暴露在光辐射下。因此发电机产生强度i的电流，其主要为第一存储元件Cl充电，且由于电阻Rl的存在极少量地为第二存储元件C2充电。因此为第一存储元件Cl快速充电和为第二存储元件C2慢速充电。因为第一存储元件Cl的快速充电允许快速为电子电路充电并更具体地发射如上面提及的几帧，由此达到本发明目的。在第二状态下，有 UCl=UC2+iXRl，其中 UC1>UC2。
[0039]在第三状态下，假定为电子电路供电以利用发射器发送几帧。因此在第一存储元件位置处提取能量。第一存储元件的电压因此快速地从约4V变到约2V。在该阶段期间，假定第一存储元件应在10ms期间供应大约I OmA至15mA的电流。所述设备处于短持续时间的第一运行模式。
[0040]在第四状态下，假定所述设备继续被暴露在光辐射下和存储元件继续充电，第二存储元件C2花费比第一存储元件Cl更多的充电时间。
[0041]在第五状态下，假定所述设备已达到稳定状态。该状态为“长持续时间”的运行状态，其中由第二存储元件C2为电路CIR供电。二极管Dl处于导通状态，端子正向偏置电压为UDl0
[0042 ] 由于UCI = UC2+UDI，因此UC2 = UCl -UDI，以及因此第二存储元件的端子电压UC2小于第一存储元件的端子电压UC1。因此，由第二存储元件传送的电流仅用于向电子电路CIR供电且不能用于为第一存储元件充电。
[0043]例如，在该状态下，即使没有照明，亦有大约150帧可被发射器发射。所述设备处于第二运行模式。
[0044]根据本发明的控制设备能够使设备极快速地处于运行条件下。本描述涉及其能量源为光的设备。然而，可用能够将非电能量转换成电能量的任何变换器代替所描述的光伏单元PVU，所述变换器例如由风速计卷轴驱动的电磁微发电机或将结构振动转换成电力的压电元件，其中压电元件被安装在该结构上。
[0045]在第一和第二元件为如前所述的电容器的情况下，将元件存储容量理解为以法拉第为单位表达的电容量。
[0046]第一和第二元件还可由蓄电池组构成。在该情况下，将元件存储容量理解为以安培小时为单位表达的电量。
[0047]其中一个元件可为电容和另一个元件可为蓄电池组。在该情况下，将元件存储容量理解为设备运行时这些元件存储的能量。
[0048]如前所述，远程控制设备包括通信信号发射器TX、尤其是电磁信号(尤其是无线电信号)发射器。所述发射器允许将控制指令和/或消息和/或信息传送至近端设备、尤其是作为相同网络(尤其是家庭网络)一部分的设备。因此，该控制设备可具有不同属性。其尤其可为传感器或无线电信标台。
[0049]在优选实施方式中，控制设备是向将控制指令以作为相同网络一部分的其它设备为目的地发射的设备。
[0050]本发明还可应用于具有显示器的任何远程控制设备，显示器更具体地为电子纸技术显示器，电子纸的英文为“e-paper”或“e-1nk”。这样的显示器允许向用户提供涉及作为相同家庭网络一部分的设备的信息、尤其是环境参数，以通过用户远程控制这些设备。
【主权项】
1.一种远程控制设备，包括:将光能或机械能转化成电能的发电机(PVU);能将消息发送至远程接收器的无线发射器(RF);第一电能存储元件(Cl)，被连接至能量发电机(PVU)并且用发电机(PVU)生成的电能进行充电以在控制设备的第一运行模式下为无线发射器(RF)供电；以及第二电能存储元件(C2)，在第二运行模式下为无线发射器(RF)供电，所述控制设备的特征在于，所述第二电能存储元件被通过并联安装的第一电阻(Rl)和第一二极管(Dl)连接到所述发电机(PVU)，所述第一二极管的阴极被连接到发电机(PVU)的正端子。2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述第一电能存储元件(Cl)的最大存储容量(Ql)比第二电能存储元件(C2)的最大存储容量(Q2)小η倍，其中n> 100，甚至n>1000ο3.根据前面权利要求之一所述的控制设备，其特征在于，所述第一存储元件(Cl)的充电电流比在具有由第一电阻(Rl)和第二存储元件(C2)构成串联组件的支路中流通的电流至少大k倍，其中k>2，甚至k>10。4.根据前面权利要求之一所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备包括能够接收消息的无线接收器(RX)。5.根据前面权利要求之一所述的控制设备，其特征在于，第二存储元件(C2)包括超级电容器和/或可充电电池。
【文档编号】G08C17/02GK105960665SQ201480074457
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2014年12月16日
【发明人】B·兰伯桑德
【申请人】Somfy两合公司