智能设备和功率源交互的制作方法

专利名称：智能设备和功率源交互的制作方法
技术领域：
本申请涉及电气设备及用于其的电力供应器。
背景技术：
近年来，便携式电气设备已经激增。数字照相机、媒体播放器、移动电话、以及全球 定位系统(GPS)设备是但仅仅是此趋势的几个示例。在很多情况下，这些设备配备有电源 适配器，该电源适配器将来自诸如交流(AC)电源线之类的功率源的功率转换成所述设备 所使用的形式。 遗憾的是，电源适配器中的损耗会降低系统的能量效率。此问题由于电源适配器 常常被在延长的时间段内连接到输入功率源的事实而加剧。 在移动电话的普遍存在的情况下，例如，电话被连接到电源适配器，在此时，机载 充电器可以进入激活充电模式，其中电池进入完全充电状态。如果电话未从电源适配器断 开连接，则充电器可以进入保持模式，其中使用来自适配器的功率来保持电池充电状态。有 时，移动电话通常从适配器断开连接且被根据需要使用。但是，充电器常常未从电源插座拔 出。 另一种趋势已更加着重于能量效率。结果，制造商已设法例如通过使用相对更高 效的电气部件和诸如开关模式功率转换器之类的电路配置来改善其电源适配器的能量效 率。在美国，这些努力已经通过由美国环境保护局发布的EnergyStar⑧计划而日益引人 注目。达到一定能量效率标准的那些产品可以获得Energy Star资格并显示EnergyStar 认证标志。参见例如具有电池充电系统的产品的Energy Star计划要求(Energy Star Program Requirements for Products with BatteryCharging Systems)(草案2);单路输 出式交流-直流和交流-交流外部电源的Energy Star计划要求(Energy Star Program Requirementsfor Single Voltage External AC-DC and AC-AC Power Supplies)(草案 1.1)。 尽管如此，还有改进的余地。

发明内容
本发明的方面解决这些及其它问题。 根据第一方面， 一种电力供应器包括功率转换器和通信接口 。所述功率转换器从 输入功率源接收电功率，并向电气设备供应电功率。所述通信接口被配置用于与电气设备 和电力供应器的部件通信。 根据另一方面，一种装置包括功率转换器，其使用来自AC电源线的电功率来供应 电功率，以便对二次电池充电。该装置还包括功率转换器断开器，其根据二次电池的充电状 态使功率转换器的至少一部分从AC电源线断开连接，以便在二次电池未被充电的时间期 间减少功率转换器所消耗的功率。 根据另一方面， 一种电气设备包括充电器，其使用来自电力供应器的功率来对可
8再充电功率源进行充电。该电气设备还包括功率转换器断开请求器和暂时负载转移器 (temporal load shifter)中的至少一个。 根据另一方面，一种装置包括包含第一壳体的第一装置部分、被所述第一壳体容 纳的功率转换器、以及第一电连接器。该装置还包括包含第二壳体的第二人类便携式装置 部分、可再充电功率源接纳区域、以及充电器和第二电连接器，所述充电器使用来自功率转 换器的功率对所述接纳区域中所接纳的可再充电功率源充电，所述第二电连接器提供与所 述第一电连接器的可移除电连接。接收区域和充电器被所述第二壳体容纳。所述装置还包 括根据可再充电功率源的充电状态使所述功率转换器从输入功率源断开连接的功率转换 器断开器、暂时使充电器所呈现的电负载转移的负载转移器、确定第一设备部分的功率性 能的电力供应器性能确定器、以及以优先顺序排列(prioritize)充电器所呈现的电负载 的负载优先顺序排列器(load prioritizer)中的至少一个。 根据另一方面，提供了一种使用包括功率转换器和通信接口的电力供应器的方 法。该方法包括使用所述功率转换器来向第一电气设备供应电功率，并经由所述通信接口 从所述第一 电气设备接收第一信号。 阅读并理解随附说明后，本领域的技术人员将认识到本发明的其它方面。


在附图的图示中通过举例来非限制性地说明本发明，在附图中，相同的附图标记 指示类似元件，并且在附图中图1A描绘功率源、电力供应器、以及电气设备。图1B描绘现有技术的开关模式功率转换器。图2A 2D描绘电力供应器。图3A 3D描绘电气设备。图4A描绘电力供应器和电气设备；图4B和4C描绘电力供应器与设备之间的交互。图5A描绘第一和第二电力供应器和电气设备；图5B描绘设备与电力供应器之间的交互。图6A描绘电力供应器和电气设备；图6B描绘电力供应器与设备之间的交互。图7A描绘电力供应器和设备；图7B描绘电力供应器与设备之间的交互。图8描绘电力供应器与设备之间的交互。图9描绘电力供应器与设备之间的交互。
具体实施例方式
参照图l，装置100包括电力供应器104和电动设备106。 电动设备106可以是由电功率供电的任何设备，包括但不限于被配置为用于消费 者、商业、或工业环境中的设备。电动设备106的非限制性实例包括诸如蜂窝式或移动电 话、家用电器、无绳电话、应答机、照明设备、音乐或媒体播放器、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、手持或笔记本计算机、光学条形码或其它扫描仪、通信设备、全球定位系统(GPS) 设备、以及便携式测试和测量设备之类的设备。然而，优选地，电气设备106被配置为人类 便携式设备，其包括可由人类用户携带或可在人类用户的支配下以其他方式移动的壳体 107。 如所示，设备106包括连接器IIO，其经由适当的导线或电缆向电力供应器104或 (一个或多个)其它外部设备提供可移除的数据和电力连接。连接器iio还可以被配置为 包括多个连接器(例如在物理上分离的数据和电力连接器)。还可以通过(一个或多个) 相同的导线(例如使用适当的调制方案)或(一个或多个)适当的无线连接来传输功率和 数据。设备电路120执行设备106的功能。 适当的无线连接的某些示例包括用于功率和/或数据的感应式、射频(RF)、光学 等且包括其组合，包括有线连接。例如，连接器iio可以采用感应式连接用于功率传输并采 用光学连接用于数据。作为另一示例，连接器iio可以采用光学连接用于功率并采用导线
或电缆用于数据。 感应式无线连接是借助于驱动导体(通常为线圈)中的电流的电路将电能转换成 磁能场的连接。磁能从第一初级线圈辐射出。第二导体(通常为线圈)在接近初级线圈时 受到从初级线圈辐射出的磁场的影响。也就是说，初级线圈辐射至次级线圈的附近。结果， 变化的磁场感生在次级线圈中流动的电流，其可以由合适的电路来获取，以用于立即使用 或存储在诸如电池、电容器或电化学电容器之类的合适的电能存储设备中。还可以使用感 应式无线连接来通过以使得在感应信号上编码指令的方式调制感应信号而发送数据。当设 计用于感应式无线连接的线圈时，绕组的尺寸、形状、取向和数目是重要标准。
RF无线连接是借助于驱动RF发生器和广播天线的电路将电能转换成射频能量 (RF)的连接。可以预期许多天线设计包括以宽辐射图进行辐射而覆盖广泛区域的那些。其 它应用可以受益于辐射图窄以避免干扰或允许更长的广播范围或接收机接收的更高功率 的天线方向图。在RF无线连接的次级侧，还需要RF接收机。RF接收机具有天线，其将从发 射机接收RF能量，并将其转换成无线连接的次级部分中的可用信号能量。此无线连接可以 用来传输功率和/或数据或两者。 光学无线连接是借助于光源将电能转换成光能、光子的连接。发光二极管(LED) 是将电能转换成光能的一个此类光源。还可以预期其它光能源包括白炽灯、荧光灯、卤素 灯、金属卤化物灯等等。在这里，光学无线连接的次级侧是将光能再转换成电能。使用光电 二极管、诸如太阳能电池的光伏电池、或其它适当器件来接收光能并将其再转换成电能以 便用作功率源、数据信号或两者。 在优选实施例中，可以借助于导线或电缆来传送电能，且可以借助于RF来传送数
据。在另一实施例中，可以借助于无线感应链路来传送电功率，且借助于光学无线连接来传
送数据。本领域的技术人员可以设想根据应用需要使用任何数目的组合。 在一个示例中，连接器110采用感应能量作为用于接收功率的方法。在本示例中，
连接器10可以包括次级线圈(未示出)以无线地接收功率。 如下文将进一步描述的那样，设备106还可以包括诸如一个或多个二次(可再充 电)电池、电容器、电化学电容器、电容性能量储存装置等的、向设备电路120供应工作功率 的可再充电功率源122，以及对存储设备122充电的充电器124。同样如下文将进一步描述的那样，所述设备还可以包括设备功率要求或其它信息128、断开请求器130、负载转移器 132、以及模式控制器134中的一个或多个。 同样地被配置为人类便携的且包括壳体103的电力供应器104从诸如标准 120/240伏交流(VAC) 50/60赫兹(Hz)电源插座、诸如额定12伏直流(VDC)汽车电气系统 之类的车辆电力系统、诸如太阳能或风源之类的可再生能源、诸如弯曲(crank)或振动源 之类的机械源、红外(IR)或热源、电磁源、或其它电功率源之类的输入功率源102接收电功 率。输入功率源102通常包括诸如标准的墙上或其它电插座、12VDC电源插座等的电连接 器108，其允许将各种设备可移除地连接到功率源102。虽然电力供应器104额定功率通常 是被设计为用该功率工作的( 一个或多个)电气设备107的函数，但额定值通常在约2与 150瓦(W)之间的范围内，且常常朝向该范围的下端。 电力供应器104还包括诸如标准AC插头、12VDC电源插头等的输入功率连接器 112，其配套地啮合或以其他方式连接到输入功率源102的连接器108。连接器112还可 以被配置为非接触式或无线连接器，其采用无线功率和/或数据传输的方法或手段进行连 接。可以预期无线功率传输技术的各种方法包括但不限于感应式、射频(RF)、光学功率传输 或任何方法的组合。 在一个示例中，连接器112包括用于接收感应功率的次级线圈。
功率转换器105将来自输入功率源102的功率转换成设备106所需的电压和/或 电流水平。同样在所示实施例中，电力供应器104包括连接到设备106的连接器110的连 接器114。虽然仅仅示出了单个连接器114和设备106，但应理解的是，电力供应器104可 以包括多个连接器114或以其他方式被配置为同时与多个设备连接。 连接器114还可以被配置为非接触式或无线连接器，其采用无线功率和/或数据 传输、无线连接的方法或手段。可以预期无线功率传输技术的各种方法包括但不限于感应 式、射频(RF)、光学功率传输或任何方法的组合。例如，在一个实施例中，无线功率传输技术 可以是与由光学无线连接提供的数据通信的感应连接。 在一个示例中，连接器114采用用于提供功率的感应能量。在本示例中，连接器 114包括初级线圈，以无线地提供功率。 适当的功率转换器105的示例包括线性和开关模式功率转换器。线性功率转换器 最适合用于AC输入源102，且通常包括在输入功率源102的频率(例如在被配置为用标准 AC电源插座工作的电力供应器104的情况下为50/60Hz)下工作的输入变压器。开关模式 功率转换器通常包括相对高速的半导体或在工作时连接到诸如感应器或电容器之类的电 抗器的其它开关。 各种线性和开关模式功率转换器布局技术在本领域中是已知的，且可以基于特定 于应用的要求来选择。虽然线性功率转换器趋向于简单且稳健，但它们也常常趋向于相 对体积大且低效。虽然更加复杂，但开关模式功率转换器一般比相似的线性功率转换器 更小且更具有能量效率。此外，开关模式功率转换器一般更适合于在输入功率源102是 直流(DC)源、或在电力供应器104被设计为用多个功率源102(例如用120VAC/60Hz和 240VAC/50Hz系统)工作的情况下使用。 在图1B中示出包括闭环反馈控制的示例性开关模式功率转换器的方框图。如所 示，输入整流器和/或滤波器150从诸如AC电源线之类的源接收输入功率，且所述整流器的输出被提供给充当逆变器或断路器的开关152。通常在大约几十至几百千赫(KHz)的切 换频率下工作的断路器与变压器154的初级绕组电气串联连接，且(一个或多个)变压器 次级绕组被连接到产生DC输出信号的( 一个或多个)输出整流器和/或( 一个或多个) 滤波器156。闭环控制器158控制断路器152的操作以便调节功率转换器输出电压。
在感应式无线连接的情况下，借助于通过改变来自初级线圈的磁场起作用的次级 线圈来接收功率。磁能在次级线圈中感生电流，其必须被次级电路捕获。捕获此能量的优 选方法将是通过使用在工作时连接到诸如电感器或电容器之类的反应器的、诸如二极管的 半导体，所述反应器将充当到先前所述的开关模式电力供应器的其余部分的输入级。
如下文将进一步描述的那样，电力供应器104可以包括与连接的设备106通信的 通信接口 136、确定或以其他方式提供可表示电力供应器104和/或所连接的功率源102的 功率性能的随时间变化或静态的信息的电力供应器性能确定器138、在电力供应器104被 配置为同时连接到多于一个的设备106的情况下以优先顺序排列提供给多个设备106的功 率的负载优先顺序排列器140、使呈递给(presented to)电力供应器104和/或所连接的 功率源102的负载转移的负载转移器142、以及选择性地使功率转换器105的至少一部分从 输入功率源102断开连接的功率转换器断开器144中的一个或多个。 现在将描述电力供应器104和设备106的各种示例，应理解的是，所描述的特征和 特征的组合是出于说明的目的而提供的，且本领域的技术人员在阅读并理解本说明书后可 以对其进行选择或改变。现在转到图2A，电力供应器202被配置为用于与所连接的设备106 进行功率和数据通信。如所示，电力供应器202包括电力供应器性能确定器138、通信接口 136、以及功率转换器105。 通信接口 136提供与所连接的设备106的单向或双向通信。在一种实施方式中，通 信接口 136是通用串行总线(USB)接口，电力供应器202充当USB供电主机，且连接器114 是标准的USB连接器，通过其向所连接的设备106提供数据和功率。请注意，还可以预期其 它串行、并行、模拟和数字通信接口 106包括无线感应式、包括但不限于WiFi、 Bluetooth、
ZibBee开放式标准协议或其它专有、封闭式协议的射频(RF)、RFID、光学、包括红外(IR)等等。 电力供应器性能确定器138确定或以其他方式提供可表示电力供应器202和/或 输入功率源102的性能的信息。在一个示例中，所述信息是描述电力供应器202或功率源 102的电压、电流、或额定功率的静态信息。在另一实施例中，所述信息包括充当电力供应器 202性能的代理的型号或类似识别信息。 电力供应器202性能及因此的性能信息也可以随时间而变。例如，在电力供应器 202从太阳能或风源接收功率的情况下，可从功率转换器105获得的功率通常将根据诸如 入射光或风速之类的因素而改变。 可以例如在设备106最初被连接到电力供应器202时、在设备的工作期间不时地、 等等，经由通信接口 206将所确定的电力供应器性能传送到所连接的设备106。
现在转到图2B，第二示例性电力供应器220被配置为与所连接的设备106进行功 率通信。虽然电力供应器包括功率转换器105，但是其没有通信接口。结果，电力供应器220 不支持与包括通信能力的所连接的设备106的通信。 现在转到图2C，第三示例性电力供应器230被配置为与所连接的设备106进行数据和功率通信。如所示，电力供应器230包括功率转换器105、通信接口 136、负载转移器 142、以及功率转换器断开器144。 在某些情况下，可能期望使通过电力供应器230呈递给功率源102的电负载和所 连接的负载106从相对高的功率需求的时段(例如对于典型电网而言在午间)或有限的功 率可用性的时段(例如在太阳能功率源102的情况下在午夜)转移到相对降低的需求或增 加的可用性的时段。为此，可以采用负载转移器142来使设备106的操作从高的或峰值需 求或有限的功率可用性的时间推迟、提前、或以其他方式转移至相对较低需求或较大功率 可用性的时间。例如，通过向设备106发送适当的命令和/或信号，可以经由通信接口 136 向和/或从所连接的设备106传送关于期望的操作模式和/或负载转移操作的信息。
电力供应器230还可以包括实时或其它时钟210、负载转移时间表212、以及设备 操作模式信息214。负载转移时间表212包括与负载转移操作相关的期望的(一个或多个) 起始和结束时间或其它参数。操作模式信息214提供表示电力供应器230被设计来操作的 ( 一个或多个)设备106的( 一个或多个)可能的操作模式的信息。 即使在功率转换器105例如由于变压器、开关装置、反应器、及其它实际组件的不 理想特性而(基本上)被卸载的情况下，功率转换器105通常还从输入功率源202吸取功 率。此功率通常以热量的形式消耗，并降低系统能量效率。 功率转换器断开器144选择性地使功率转换器105从输入功率源102断开连接。 如所示，功率转换器断开器144在工作时连接到开关235，该开关235诸如是机电开关或继 电器、半导体切换装置等，其电串联地位于输入功率源102与功率转换器105之间。
虽然被示为位于功率转换器105的输入处，但是开关235可以被集成到其上。在 一个此类示例中，开关235还是开关模式功率转换器的逆变器或断路器，且经由适当的逻 辑或其它电路来选择性地启用或禁用开关235的操作，以便使功率转换器105中的某些或 全部从输入功率源102断开连接。在另一示例中，开关235位于整流器和/或滤波器之后。 在不活动或负载减少的时间段期间，例如在当处于低功率操作模式时可以根据设备106内 部的电池或其它功率源工作的所连接的设备106的情况下、当设备106的二次(可再充电) 电池或其它功率源被完全充电或以其他方式充分地充电时、当设备106未连接到功率转换 器105时，可以采用功率转换器断开器144来与负载转移操作相配合(等等)自动地(即 在没有用户干预的情况下)减少电力供应器230从功率源102吸取的功率。
电力供应器230可以包括可再充电功率源236，其在功率转换器电路105被禁用时 向功率转换器230的期望部分提供功率。还可以从所连接的设备106或未被禁用的功率转 换器电路105的一部分获得工作功率。请注意，电力供应器230还可以包括用户操作的电 力开关238，其允许用户手动地使电力供应器230从输入功率源102断开连接。
在图2D中示出被配置为与所连接的设备进行功率和数据通信的电力供应器240 的另一示例。如所示，电力供应器240包括电池接纳区域242，其被配置为接纳一个或多个 一般为圆筒形的AAA、AA、C、D尺寸或其它适当的电池。电池接点246实现与电池244端子的 电接触。在一种实施方式中，电池244取代功率源102，在这种情况下可以省略连接器112。 在另一实施方式中，在功率损耗的情况下、如果电力供应器240被拔出等等，则电池244供 应电功率。虽然在图2D中未明确示出，但应理解的是，电力供应器240还可以包括电力供 应器性能信息138、负载转移器142、功率转换器断开器144、或负载优先顺序排列器140中
13的一个或多个。 在图3A中示出了被配置为与电力供应器104进行功率通信的第一示例性电动设 备302。如所示，设备302包括设备电路120、可再充电功率源122、充电器124、以及连接器 110。充电器124包括充电状态检测器，其例如通过测量电源电压或电流、或在基于计时器 的充电器的情况下测量经过的充电时间来检测能量源的充电状态。请注意，可以省略设备 电路120，且可以将设备302配置为电池充电器，在这种情况下，设备302通常包括电池接 纳区域242和电池接点246，其与上文关于图2D所述的那些类似，且被配置为接受要充电 的数目和(一个或多个)尺寸的电池。根据此类实施方式，电池通常被插入电池接纳区域 242中以进行充电，并被去除以供另一设备中使用。 由于设备302没有通信接口，所以设备302不支持与包括通信能力的电力供应器 104的通信。 在图3B中示出被配置为与电力供应器104进行功率和数据通信的第二示例性电 动设备320。如所示，设备320包括连接器110、数据通信接口 322、设备电路120、设备要求 信息128、负载转移器132、以及断开请求器130。在设备电路120的电压和/或电流要求不 同于所连接的电力供应器104所提供的那些时，可以使用可选的功率转换器来将来自电力 供应器104的功率转换成所需的电压和/或电流水平。 负载转移器132执行暂时负载转移操作，且可以与(一个或多个)机载时钟、负载 转移时间表、以及操作模式信息中的一个或多个相结合地操作。负载转移器132使设备320 执行负载转移操作。在一个示例中，响应于通过所连接的电力供应器104经由相应的通信 接口传送的请求来执行负载转移。在另一示例中，负载转移操作由负载转移器132发起，且 可选地被传送到所连接的电力供应器104。 断开请求器130生成信号或其它请求，以使所连接的电力供应器104的某些或全 部功率转换器105从其输入功率源102断开连接。在一个示例中，当设备电路120进入不 活动状态或模式时，产生断开请求。如所示，在设备302没有能量存储设备的情况下，发起 断开请求通常将使设备电路120断电(de-power)。 在图3C中示出被配置为与所连接的电力供应器104进行数据和功率通信的电动 设备340的另一示例。如所示，设备340包括充电器124、可再充电功率源122、以及设备电 路。设备340还包括通信接口 126、负载转移器132、模式控制器134、以及断开请求器130。
如所示，断开请求器130在工作时连接到充电器124，例如以便在可再充电功率源 122被充分地或以其他方式适当地充电时，生成断开请求。断开请求器130还可以不时地生 成重新连接请求，例如以便保持存储设备122充电状态。 由于设备340包括能量储存设备122，所以当设备340从功率源104断开连接时， 或在功率转换器105从输入功率源102断开连接的情况下，设备电路120的至少一部分保 持基本功能。 模式控制器134控制设备电路120的操作模式。在一个示例中，模式控制器134 响应于由所连接的电力供应器104生成、且经由相应的通信接口传送的信号来改变设备的 操作模式。在另一示例中，模式控制器134可以在设备未被连接到电力供应器104时，将设 备电路120限制到相对低的功率或以其他方式受限的(一个或多个)操作模式。
在图3D中示出电动设备350的另一示例。如所示，设备350包括连接器110和
14设备电路120。由于设备350不包括通信接口或能量存储设备，所以设备350不支持与所 连接的电力供应器104的数据通信，且通常在未被连接到电力供应器104时是无功能的 (non-f皿ctional)。 各种电力供应器202、220、230、240和电气设备302、320、340、350可以形成一般能 共同操作的设备的族，再次请注意，上述特征和这些特征的组合是出于说明的目的而提出 的，且可以改变以适应特定应用的要求。从电气设备的观点来看，给定的电气设备可以被配 置为采用电力供应器202、220、230、240中的某些或全部来操作。从电力供应器的观点来 看，给定的电力供应器可以被配置为采用电气设备302、320、340、350中的某些或全部来操 作。根据此类实施方式，电力供应器和电气设备的连接器114、110优选地在物理上可兼容， 且通信接口根据公共通信协议来操作。 在其连接之后，电力供应器104和电气设备106经历检测和/或识别处理(例如 在具有USB接口的设备的情况下为列举处理(enumeration process))，其中，具有通信接 口的那些设备设法识别其所连接到的设备并确定功率要求。在具有通信接口的设备被连接 到不包括通信接口的设备或以其他方式未被识别的设备的情况下，可通信的设备进入默认 或以其他方式预定义的操作模式。在两个可通信的设备被连接的情况下，设备因此而相交 互。 现在将提出各种示例性交互，再次应理解的是，不应将示例理解为限制设备的类 型或配置和/或可能的交互。 首先转到图4A，电力供应器402被配置为插入标准120VAC壁式或其它插座406中 的壁式插头适配器，且电气设备404是消费者电子设备(诸如蜂窝式或移动电话)，其包括 可再充电电池。如所示，适配器402包括一般为矩形的棱柱壳体408，其具有从壳体408的 表面突出以便插入插座406中的标准AC电源插头。位于电缆414的远端的连接器412可 移除地接合移动电话404的相应连接器。 在第一示例中，如图2B中所描述的那样配置电力供应器402，并如图3A中所描述 的那样配置设备404。现在将参照图4B来描述设备402、404交互，假设电力供应器402已 被插入插座406中。在420处，连接电力供应器402和设备404。在422处，使用来自电力 供应器402的功率来对设备404电池充电。在424处，将设备断开连接，并在步骤426操作 设备404。当然，可以根据需要重复该过程。 如本领域的技术人员将认识到的那样，前述内容描述了壁式插头适配器与移动电 话之间的传统交互。虽然此类交互已被证明对于对设备404电池充电而言是有效的，但是 仍然有改进的余地。例如，壁式插头适配器402的功率转换器电路105即使在移动电话404 的电池基本上充满电之后仍然连接到电力线406，因此降低该布置的总体能量效率。如果提 供有电池的小电流充电，则其进一步降低能量效率。此外，此类布置不支持诸如负载转移的 操作。 在第二示例中，如图2C中所描述的那样配置壁式电力供应器402，同时设备404包 括充电器124、可再充电功率源122、设备电路120、通信接口 126、以及断开请求器130。现 在将参照图4C来描述包括电力供应器断开连接和重新连接操作的设备402、404交互，再次 假设电力供应器402已被插入插座406中，但是功率转换器105从AC电源线断开连接。
在步骤430处，连接电力供应器402和设备404。
在432处，设备经历检测和/或识别过程432，例如以检测其他的所连接的设备并 识别其性能。 在步骤434，将电力供应器功率转换器105连接到AC电源线。 在436处，电力供应器402向设备404供应功率，其中，所供应的功率被用来对存
储设备122充电。 例如通过监测设备122电压或电流、在基于计时器的充电器的情况下确定所经历 的充电时间等，来在437处确定存储设备122的充电状态。如果存储设备122未被充分地 充电，则在步骤436处继续充电过程。 如果存储设备122被基本上或以其他方式充分地充电，则在步骤438处，使功率转 换器电路105的至少一部分从AC电力线406断开连接。在一个示例中，经由设备的相应通 信接口从设备404向电力供应器402传送断开连接、充电完成、或其它适当信号。请注意， 设备404可以被配置为即使电力供应器402不包括通信接口或不支持功率转换器断开连 接操作，也传送此类信号，在这种情况下，请求将不被重视。在另一示例中，充电状态检测器 被包括在电力供应器402中，并相应地使功率转换器105断开连接。 在步骤440处保持存储设备122的充电状态。例如，在步骤437中，可以如上所述 地确定充电状态。如果需要维护或附加充电，则可以经由通信接口向电力供应器402传送 连接、需要充电、或其它适当信号。在由电力供应器402监测充电状态的情况下，相应地连 接功率转换器105。过程返回到步骤434。 在442处，使设备404和电力供应器402断开连接，并在步骤444处操作设备404。 还请注意，可以检测设备的连接断开，并相应地使功率转换器断开连接。可以根据需要重复 该过程。 如将认识到的那样，在不活动时间段期间(其中电气设备404呈现相对低的负载) 或者在设备404未被连接到电力供应器402的情况下使功率转换器105断开连接、并且根 据需要不时地重新连接功率转换器有助于改善系统的总体能量效率。还应理解的是，结合 除移动电话之外的设备、以及出于除保持电池充电状态之外的目的而执行的连接和重新连 接来使用该处理。因此，例如，设备404可以在相对低功率或睡眠模式与相对较高操作模式 之间交替，其中，相应地使功率转换器105断开连接或重新连接。 现在转向图5A，设备的示例性族包括第一电力供应器502、第二电力供应器504、 以及电气设备506。如所示，第一电力供应器502是与上文结合图4A所述的壁式插头适配 器类似的壁式插头适配器。被配置为连接到诸如12VDC车辆电力系统的电源端口 508之类 的、具有相对较低功率性能的输入功率源的第二电力供应器504包括标准12VDC电力连接 器510和设备连接器512。 电气设备506包括至少第一相对高功率操作模式和第二相对低功率操作模式。在 设备506被配置为或包括电池充电器的情况下，例如，电气设备可以包括相对高功率快速 充电模式和相对低功率慢速充电模式。作为另一示例，照明设备可以包括高和低亮度模式。
在本示例中，如上文关于图2A所描述的那样来配置第一 502和第二 504电力供应 器两者，并且如关于图3C所描述的那样来配置电气设备506。现在将参照图5B来描述设备 506与电力供应器502、504之间的交互，包括性能确定和操作模式调整操作。
在步骤520处，连接电气设备506和期望的电力供应器502、504。
在522处，设备经历检测和/或识别程序，以确定所连接的电力供应器502、504和 /或其输入功率源的性能。 在524处，设备506进入与所确定的所连接的电力供应器502、504的性能一致的
操作模式。在设备被连接到第一电力供应器502的情况下，例如，设备进入相对高功率的操
作模式。如果设备被连接到第二电力供应器504，则设备506进入低功率操作模式。 在526处，使电气设备506和电力供应器断开连接。 在528处，根据需要来操作设备。再次地，可以根据需要重复该过程。 现在转向图6A，如所示地连接示例性输入功率源602、电力供应器604、以及设备
606。出于本示例的目的，假设如图2B所示地配置电力供应器，且如图3A所示地配置设备
606。现在将参照图6B来描述设备之间的示例性交互，其包括充电停止操作。 在608处，连接电力供应器604和设备606。 在610处，所连接的设备经历检测和/或识别程序。由于电力供应器604不包括 通信接口，所以设备606将认识到其被连接到不支持通信的电力供应器604、并进入适当的 默认或以其他方式预定义的操作模式。在612处，使用来自电力供应器604的功率来对设备606的电池充电。 在614处，确定电池充电状态。如果电池未被充分地或以其他方式适当地充电，则
处理继续至步骤612。 如果电池被充电，则在616处停止充电，且处理返回到步骤614。 在618处，使设备606从电力供应器604断开连接，且可以在步骤618处根据需要
操作设备606。可以根据需要来重复该处理。 现在转到图7A，示例性电力供应器700包括太阳能电池或其它太阳能功率源702、 功率转换器105、以及电力供应器性能确定器138。基本上如图3C所示地配置设备704。现 在将参照图7B来描述设备700、704交互，包括动态功率性能确定和操作模式调整。 [owe]在710处，连接电力供应器700和设备704。 在712处，检测电力供应器702的当前(then-current)功率性能，并经由相应的 通信接口将当前功率性能传送到设备704。 在714处，设备704进入与所传送的性能相符的操作模式，且该过程继续至步骤 712。 在716处，使设备704和电力供应器706断开连接，并在718处根据需要操作设备。 可以根据需要重复该过程。 在先前的示例中，将设备704描述为包括电力供应器702所不支持的诸如负载转 移器132和断开请求器130之类的功能。在一种实施方式中，将设备702、704所支持的功 能确定为初始设备识别步骤的一部分，其中相应地调整设备704的操作。在另一种实施方 式中，设备704不确定电力供应器702所支持的功能，且设备704被配置为即使此类请求可 能未被电力供应器702识别或遵循也呈现负载转移、断开连接、或其它请求。
出于另一示例的目的，假设如图2C所述地配置电力供应器，同时如图3C所示地配 置设备。将参照图8来描述包括负载转移操作的电力供应器_设备交互。
在802处，在物理上连接设备和电力供应器。 例如通过参照负载转移时间表、操作模式、被保持在电力供应器和设备中的一者或两者中的其它信息，来在804处确定负载转移要求，其中，经由相应的通信接口来传送期 望的负载转移操作。 在806处，暂时转移设备的操作。例如，可以使设备的期望操作延迟，直到输入功
率源经受相对低的功率需求的时刻为止。在设备是电池充电器的情况下，例如，在指定的高
或峰值需求时间段(例如对于典型AC电力系统而言在午间)期间，可以将所请求的充电操
作限制为相对慢的低功率模式，而在需求相对减少的时间段期间(例如夜间)可以允许所
请求的充电操作在相对较快的高功率模式下操作。可以根据需要重复该过程。 在包括能量源的电气设备的情况下，还可以如分别在810和812处指示的那样使
设备从电力供应器断开连接并根据需要对其进行操作。 现在将参照图9来描述包括负载优先顺序排列信息的示例性电力供应器-设备交
互，假设电力供应器被配置为同时连接到多于一个的设备。 在902处连接电力供应器和第一设备。 在904处，电力供应器和设备经历检测和/或识别操作。举例来说，可以经由通过
设备的相应通信接口传送的信号将第一设备识别为包括可再充电电池的便携式音乐播放
器。在906处，操作第一设备。 在908处，连接电力供应器和第二设备。 在910处，电力供应器和设备经历检测和/或识别操作。举例来说，可以经由通过 设备的相应通信接口传送的信号将第二设备识别为还包括可再充电电池的便携式应急灯。
例如，在电力供应器具有不足以同时为两个设备供电的能力的情况下，通过应用 可适用于各种设备的一组优先级规则，来在912处以优先顺序排列设备。在这种情况下，优 先级规则可规定应急灯优先于音乐播放器。 在914处，根据所确定的优先级来操作设备。在第一示例中，电力供应器可以使得 经由设备的相应通信接口将第一操作模式或优先级信号传送到应急灯，以便使应急灯的充 电器对应急灯电池充电(或继续充电)。根据第一示例，供电可以使得将第二操作模式或优 先级信号传送到音乐播放器，以便使应急灯的充电器推迟音乐播放器电池的充电。在另一 示例中，电力供应器例如通过限制施加于较低优先级的设备的充电电压或电流，来改变施 加于设备的充电能量。 已参照优选实施例描述了本发明。当然，在阅读和理解前述说明之后，将想到修改 和变更。意图在于将本发明理解为包括所有此类修改和变更，只要其在随附权利要求的范 围内。
18
权利要求
一种电力供应器，包括功率转换器(105)，其接收电功率并将电功率供应给电气设备(107)；通信接口(136)，其被配置为与所述电气设备和所述电力供应器的组件通信。
2. 权利要求l的电力供应器，还包括向所述功率转换器供应电功率的输入功率源 (102)，其中，所述功率转换器供应用来对所述设备的可再充电功率源充电的功率，且所述 电力供应器包括功率转换器断开器，该功率转换器断开器根据经由所述通信接口从所述设 备接收到的信号、来使所述功率转换器的至少一部分从所述输入功率源断开连接。
3. 权利要求2的电力供应器，其中，所述信号指示所述可再充电功率源基本上被完全 充电，并且将所述功率转换器的所述至少一部分从所述输入功率源断开连接减少了在可再 充电功率源未被充电的时间期间被所述功率转换器消耗的功率。
4. 权利要求2或3的电力供应器，其中，所述设备是便携式的，以及所述功率转换器断 开器响应于经由所述通信接口从所述设备接收到的信号，将所述功率转换器的所述至少一 部分连接到所述输入功率源。
5. 权利要求1 3中任何一项的电力供应器，其中，所述电力供应器包括被电气地设置 在所述输入功率源与所述功率转换器之间的开关，并且其中，所述功率转换器断开器响应 于所述信号打开所述开关。
6. 权利要求2的电力供应器，其中，所述功率转换器包括开关模式功率转换器，所述开关模式功率转换器包括断路器，且所述功率转换器断开器响应于所述信号来禁用所述断路 器的操作。
7. 权利要求1 3和6中任何一项的电力供应器，其中，所述电力供应器包括电源插头 和壳体，所述功率转换器和所述通信接口被设置在所述壳体中，且所述电源插头从所述壳 体的表面突出，以便可移除地接合所述功率源的电源插座。
8. 权利要求1 3和6中任何一项的电力供应器，其中，所述输入功率源是电力系统， 该电力系统承受随时间变化的功率需求，且所述电力供应器包括负载转移器，该负载转移 器使由所述设备所呈现的电负载暂时从相对较高需求的时间转移至相对较低需求的时间。
9. 权利要求8的电力供应器，其中，所述负载转移器从至少第一相对高功率操作模式 和第二相对低功率模式中选择设备模式，并经由所述通信接口向所述设备提供可表示所选 模式的信息。
10. 权利要求8的电力供应器，其中，所述电力供应器是壁式插头适配器。
11. 权利要求1 3和6中任何一项的电力供应器，其中，所述输入功率源的特征在于 随时间而变的功率输出性能，所述功率转换器的特征在于根据输入功率源功率输出性能 而变化的、随时间而变的功率输出性能，所述电力供应器包括功率输出性能确定器，该功率 输出性能确定器生成可表示所述功率转换器的功率输出性能的、随时间而变的输出，并且 其中，不时地经由所述通信接口将可表示所确定的性能的信息传送给所述设备。
12. 权利要求ll的电力供应器，其中，所述设备包括接纳AAA、AA、C、或D尺寸二次电池 中的至少一个的电池接纳区域，和对在所述电池接纳区域中接纳的电池充电的充电器，并 且其中，所述信息包括可表示期望的充电率的信息。
13. 权利要求ll的电力供应器，其中，所述设备包括第一电连接器(110)、可再充电 功率源(122)、以及设备电路(120)，所述电力供应器包括可移除地与第一连接器(110)连接的第二电连接器(114)，在第一和第二连接器被连接的时间期间，使用来自功率转换器 (105)的功率来对所述可再充电功率源进行充电，并且所述可再充电功率源在第一和第二 连接器被断开连接的时间期间、为所述设备电路供电。
14. 权利要求1 3和6中任何一项的电力供应器，其中，所述电力供应器包括同时连 接到第一和第二设备的相应连接器的第一和第二连接器，所述电力供应器包括负载优先顺 序排列器，其以优先顺序排列由所述第一和第二设备所呈现的电负载，并且经由所述通信 接口将可表示优先级的信息提供给所述第一设备。
15. 权利要求14的电力供应器，其中，所述负载优先顺序排列器使用经由所述通信接 口从所述第一设备接收到的信息，来以优先顺序排列由所述第一和第二设备所呈现的所述 负载。
16. 权利要求14的电力供应器，其中，所述第一设备包括对可再充电功率源充电的充 电器，且所述信息包括可表示期望的充电率的信息。
17. 权利要求1 3禾P 6中任何一项的电力供应器，其中，经由无线连接(114U10)供 应电功率和所述通信。
18. 权利要求17的电力供应器，其中，所述无线连接是感应式连接。
19. 权利要求17的电力供应器，其中，所接收到的电功率是经由无线连接(112U08)的。
20. —种装置，包括电力供应器(104)，其具有第一连接器(114);设备(107)，其具有第二连接器(IIO)，该第二连接器被可移除地耦合到所述电力供应 器(104)的第一连接器(114)，其中，经由第一连接器(114)和第二连接器(110)在电力供 应器(104)与设备(107)之间传输功率，且经由第一连接器(114)和第二连接器(110)在 电力供应器(104)与设备(107)之间通信；以及其中，电力供应器(104)根据来自所述设备的数据向所述设备供应功率。
21. 权利要求20的装置，其中，所述设备(107)还包括可再充电功率源(122)。
22. 权利要求21的装置，其中，所述设备(107)还包括用于对可再充电功率源(122)充 电的充电器(124)。
23. 权利要求20的装置，还包括输入功率源(102)，其具有向电力供应器(104)供应输 入功率的第三连接器(103)。
24. 权利要求20的装置，其中，经由无线连接来传输功率。
25. 权利要求24的装置，其中，经由无线连接来通信。
26. 权利要求24和25中任何一项的装置，其中，所述无线连接是感应式的。
27. 权利要求24和25中任何一项的装置，其中，所述无线连接是RF。
28. 权利要求24和25中任何一项的装置，其中，所述无线连接是光学的。
29. —种装置，包括功率转换器，其使用来自AC电源线的电功率来供应用于对二次电池充电的电功率； 功率转换器断开器，其根据所述二次电池的充电状态、来使所述功率转换器的至少一部分从所述AC电源线断开连接，以便在所述二次电池未被充电的时间期间减少由所述功率转换器损耗的功率。
30. 权利要求29的装置，其中，所述二次电池是人类便携式电气设备的二次电池，所述 电力供应器包括确定所述二次电池的充电状态的充电状态确定器，并且所述电力供应器包 括电连接器，该电连接器提供所述电力供应器与所述电气设备之间的可移除电连接。
31. 权利要求29的装置，其中，在所述二次电池基本上被完全充电时，所述功率转换器 断开器使所述功率转换器的所述至少一部分从所述AC电源线断开连接，并将所述功率转 换器的所述至少一部分重新连接到所述AC电源线，以保持二次电池的充电状态。
32. 权利要求29的装置，其中，所述功率转换器包括变压器，且所述功率转换器断开器 使所述变压器的初级绕组从所述AC电源线断开连接，以便减少所述变压器所损耗的功率。
33. 权利要求29至32中任何一项的装置，包括充电器和电池接纳区域，其中，所述充电 器对在所述电池接纳区域中接纳的二次电池充电，且所述二次电池被插入所述电池接纳区 域中以便充电，并被从所述电池接纳区域移除以便使用。
34. —种电气设备，包括充电器，其使用来自电力供应器的功率来对可再充电功率源充电； 功率转换器断开请求器和暂时负载转移器中的至少一个。
35. 权利要求34的设备，其中，所述电气设备包括通信接口、确定所述可再充电功率源 的充电状态的充电状态确定器、根据所确定的充电状态来产生功率转换器断开请求的功率 转换器断开请求器，并且所述断开请求被经由所述通信接口传送到所述电力供应器。
36. 权利要求34的设备，其中，所述电力供应器包括第一电连接器，所述设备包括所 述可再充电功率源、充电器、设备电路、以及第二电连接器，其中，在所述第一和第二连接器 被连接的时间期间，所述充电器使用来自所述电力供应器的功率对所述可再充电功率源充 电，并且在所述第一和第二连接器未被连接的时间期间，所述设备电路使用来自所述功率 源的功率工作。
37. 权利要求34的设备，其中，所述电力供应器包括功率转换器，且在所述功率转换器 从所述输入功率源断开连接时，所述可再充电功率源向所述电力供应器供应功率。
38. 权利要求34的设备，其中，所述电力供应器从承受随时间而变的功率需求的功率 源接收功率，所述设备包括设备电路、设备功率源、以及负载转移器，并且其中，所述设备可 移除地连接到所述电力供应器，以便与其进行功率通信，在所述设备被连接到所述电力供 应器的时间期间，所述负载转移器暂时将由所述设备呈递给所述电力供应器的电负载转 移，并且其中，在所述设备从所述电力供应器断开连接的时间期间，所述设备电路使用来自 所述设备功率源的功率工作。
39. 权利要求34 38中任何一项的设备，其中，所述电力供应器从承受随时间而变的 功率需求的功率源接收功率，所述设备包括充电器和负载转移器，所述充电器使用来自所 述电力供应器的功率来对可再充电功率源充电，并且所述负载转移器将所述充电器所呈现 的电负载从相对高功率需求的时间转移到相对低需求的时间。
40. 权利要求34 38中任何一项的设备，其中，所述设备包括测量设备、GPS设备、或 媒体播放器。
41. 权利要求22的设备，包括功率转换器断开请求器和暂时负载转移器。
42. 权利要求34 38中任何一项的设备，其中，经由无线连接来接收所使用的功率。
43. —种装置，包括第一装置部分，包括第一壳体；被所述第一壳体容纳的功率转换器；第一电连接器；第二便携式装置部分，包括第二壳体；可再充电功率源接纳区域；充电器，其使用来自所述功率转换器的功率、对在所述接纳区域中接纳的可再充电功率源充电，其中，所述接纳区域和所述充电器被所述第二壳体容纳；第二电连接器，其提供与所述第一电连接器的可移除电连接；根据可再充电功率源的充电状态使所述功率转换器从输入功率源断开连接的功率转换器断开器、暂时使充电器所呈现的电负载转移的负载转移器、确定第一设备部分的功率性能的电力供应器性能确定器、以及以优先顺序排列所述充电器所呈现的电负载的负载优先顺序排列器中的至少一个。
44. 权利要求43的装置，其中，所述第一装置部分被配置为壁式插头适配器。
45. 权利要求43的装置，包括被所述第一壳体容纳的功率转换器断开器。
46. 权利要求43的装置，包括负载转移器。
47. 权利要求43的装置，其中，所述第一装置部分包括第三电连接器和负载优先顺序排列器，其中，所述第三电连接器提供与第三人类便携式电气设备的电连接器的可移除电连接，且所述负载优先顺序排列器以优先顺序排列由所述第二装置部分和所述第三电气设备所呈现的电负载。
48. 权利要求43的装置，其中，所述第二装置部分是消费者电气设备。
49. 权利要求44的装置，其中，所述第一装置部分或所述第二装置部分中只有一个包括通信接口 ，其被配置为与所述第一装置部分或第二装置部分中的另一个通信。
50. 权利要求44 48中任何一项的装置，其中，所述第一装置部分包括通信接口，以便与所述第二装置无线地通信。
51. 权利要求44 48中任何一项的装置，其中，经由无线连接来接收来自所述功率转换器的功率。
52. 权利要求51中任何一项的装置，其中，所述无线连接是光学的。
53. 权利要求51的装置，其中，所述无线连接是RF。
54. 权利要求51的装置，其中，所述无线连接是感应式的。
55. —种使用包括功率转换器和通信接口的电力供应器的方法，该方法包括使用所述功率转换器来向第一电气设备供应电功率；经由所述通信接口来从所述第一 电气设备接收第一信号。
56. 权利要求55的方法，其中，所述电力供应器被插入AC电源插座中，以便从AC功率源接收功率，且所述方法包括检测设备；响应于检测所述设备，将所述功率转换器的至少一部分连接到所述AC功率源。
57. 权利要求55的方法，其中，所述电力供应器被插入AC电源插座中，以便从连接到所述插座的AC电源线接收功率，且所述方法包括在不拔出所述电力供应器的情况下，响应于接收到的信号使所述功率转换器的至少一 部分从所述AC电源线断开连接。
58. 权利要求55的方法，其中，所述电力供应器被插入车辆电力系统的电源插座中，以 便从电力系统接收功率，且所述方法包括检测所述电气设备从所述电力供应器断开连接；响应于所检测到的断开连接，且在不拔出所述电力供应器的情况下，使所述功率转换 器的输入从所述电力系统断开连接。
59. 权利要求55的方法，其中，所述电力供应器被连接到输入功率源，且所述方法包括使用来自所述功率转换器的功率来对所述设备的可再充电功率源充电，从而使得所述 可再充电功率源基本上被完全充电；使所述功率转换器的至少一部分从所述输入功率源断开连接；将功率转换器的所述至少一部分重新连接到所述功率源，使用来自被重新连接的功率 转换器的功率来对所述可再充电功率源充电，并使所述功率源的所述至少一部分从所述输 入功率源断开连接多次，以便保持所述可再充电功率源的充电状态。
60. 权利要求55的方法，其中，所述功率转换器从承受随时间而变的需求的电功率源 接收功率，且所述方法包括确定期望的负载转移；经由所述通信接口来传送可表示期望的负载转移的信息； 对所述电气设备所呈现的电负载进行时间转移。
61. 权利要求55的方法，其中，所述功率转换器从具有随时间而变的功率输出性能的 太阳能功率源接收功率，且所述功率转换器输出性能根据所述太阳能功率源的、随时间而 变的功率输出性能而改变，该方法包括经由所述通信接口来传送可表示所述功率转换器输出性能的信息； 根据所传送的信息来改变所述设备的可再充电功率源的充电率； 重复改变和传送的步骤； 使所述设备从所述电力供应器断开连接； 将所述设备携带至远离所述电力供应器的位置； 使用来自所述可再充电功率源的功率来操作所述设备。
62. 权利要求55的方法，其中，所述电力供应器是壁式插头适配器，且所述方法包括 从第二电气设备接收第二信号，其中，所述第一和第二电气设备被同时电连接到所述电力供应器；使用所述第一信号来识别所述第一设备； 以优先顺序排列由所述第一和第二设备呈现的电负载。
63. 权利要求55的方法，包括从至少第一相对高功率操作模式与第二相对低功率模式中选择模式； 经由所述通信接口向所述第一设备发送可表示所选模式的信息。
64. 权利要求55至63中任何一项的方法，其中，无线地接收所述第一信号。
65.权利要求55至63中任何一项的方法，其中，无线地供应电功率c
全文摘要
一种系统包括功率源(102)、电力供应器(103)、和电气设备(106)。电力供应器(103)使用来自功率源(102)的功率来向电气设备(106)供应功率。设备执行诸如功率转换器断开连接、负载转移、电力供应器性能确定、以及以优先顺序排列负载操作之类的操作中的一个或多个。
文档编号H02J7/00GK101796703SQ200880105839
公开日2010年8月4日 申请日期2008年8月15日 优先权日2007年9月5日
发明者M·J·布兰顿, P·F·霍夫曼 申请人:永备电池有限公司