外壳、移动设备以及能量管理方法与流程

本发明涉及用于可移除地附接至移动设备的外壳。此外，本发明涉及移动设备和能量管理方法。

背景技术：

尽管本发明适用于用电池供电的任何移动系统，但是将主要结合移动电话来描述本发明。

现代移动电话包括需要大量的电力以执行相应的处理操作的大电力处理器。然而，在移动设备中，可以消耗的电能的量受到电池的限制。另一方面，电池的大小受到移动设备的大小的限制。应当理解，移动设备的大小和重量是有限的。因此，电池的大小以及电池可提供的电力的量也是有限的。

为了延长移动电话的电池使用时间，已经提供了电池外壳，其使用移动电话的电力连接器用于将附加的电池连接至移动电话并将该电池携带在该移动电话的背面。这些外壳连接至与任何普通充电器相同的连接器。

移动设备的厚度的延伸不是问题。然而，电力连接器通常处于移动电话的下端。因此，电池外壳增大了移动电话的携带有电力连接器的一侧的大小。这会存在例如下述问题，在用户将移动电话携带于衬衣的口袋中的情况下，该口袋对于该移动电话的被附加的电池外壳的增加的大小来说太小。

因此，存在对于向移动电话提供附加的电力的改进方法的需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种具有权利要求1所述的特征的外壳、一种具有权利要求7所述的特征的移动设备以及一种具有权利要求13所述的特征的方法。

一种用于可移除地连接到具有天线的移动设备的外壳，包括：电池，其被配置成提供供电电力；电接触元件，其被配置成将电池电耦接至移动设备的天线，例如电耦接至设置在移动设备外部的天线元件；以及阻塞滤波器，其被耦接在电接触元件与电池之间，并且被配置成阻隔从电接触元件去往电池的rf信号并且允许电池与电接触元件之间的供电电力的传输。

一种移动设备，包括：壳体；设置在壳体上的天线；射频电路系统，其配置成经由天线发射和接收rf信号；以及滤波器，其被配置成阻隔经由天线接收的dc电力进入rf电路系统并且允许移动设备的天线与耗能元件之间的dc电力的传输。

一种用于移动设备的能量管理方法，包括下述步骤：通过移动设备的天线将来自可移除外壳的电池的供电电力提供至移动设备；以及在移动设备的天线处利用低通滤波器对信号进行滤波，以阻隔经由天线接收的dc电力进入移动设备的rf电路系统并且允许移动设备的天线与耗能元件之间的dc电力的传输，并且/或者在外壳中利用低通滤波器对信号进行滤波，以阻隔来自电池的rf信号并且允许电池与天线之间的供电电力的传输。

现代移动设备包括用于数据传输的天线。这样的天线例如可以是用于手机网络通信的gsm、umts或lte天线。此外，这样的天线例如可以是无线lan天线等。主要出于设计原因，现代移动设备中的天线不会从移动设备的壳体延伸或突出。相反，天线被设置为内部天线，或者被设置为移动设备的框架或壳体的一部分，特别是在框架是导电金属框架的情况下更是如此。如果天线被设置为移动设备的框架或壳体的一部分，则可以从移动设备的外部访问该天线。这样的天线还可以设置有多个，即一个或更多个不同的天线元件，这些天线元件一起形成移动设备的天线。不同的天线元件例如可以包括有源的发射和接收元件以及接地元件。

与已知的电池外壳相比，本发明使用这些可以从外部访问的天线元件并不是为了经由该天线传输任何数据，而是为了向移动设备提供电力。

在外壳和移动设备中设置有对应的滤波器以将供应电力与由移动设备射频电路或无线电级(radiostage)提供的或者经由天线接收的rf信号(射频信号)分开。本申请的上下文中的rf信号包括例如在gsm、umts或lte或者无线lan中与无线信号传输有关的所有信号。与rf信号相比，在大多数情况下供应电力将是dc(直流)电力。因此，在外壳和移动设备中，相应滤波器将阻隔任何rf信号并且仅允许传递dc电力。然而，从电池供应至移动设备的供应电力也可以是ac电力。然后将适当地调节相应滤波器。

因此，本发明可以利用非常紧凑的附加的外壳来向移动设备提供附加的电力，该外壳不会被强制连接至移动设备的电力连接器而导致移动设备的壳体的表面被扩大。

相反，本发明提供了一种外壳，所述外壳向移动设备提供附加的电力，并且同时仅使移动设备的厚度扩大而不会使长度和宽度扩大。

参照附图，本发明的其他实施方式是其他从属权利要求和以下描述的主题。

在一个实施方式中，外壳可以包括固定装置，该固定装置被配置成将外壳固定至移动设备。固定装置可以至少包括：第一固定元件，其被配置成经由移动设备的第一侧表面将外壳固定至移动设备；以及第二固定元件，其被配置成经由移动设备的第二侧表面将外壳固定至移动装置，特别地，其中，第二侧表面与第一侧表面相对。这样的固定装置例如可以包括从两侧固定至移动设备的夹钳或夹子。电池例如可以被保持在移动设备的背面。夹钳或夹子例如可以是非常纤细的塑料或金属部件。因此，外壳具有非常紧凑的形状。

在一个实施方式中，电接触元件可以包括：第一电接触件，其耦接至电池的正输出并且被配置成将电池电耦接至天线的第一天线元件；以及第二电接触件，其耦接至电池的负输出并且被配置成将电池电耦接至天线的第二天线元件。第一天线元件和第二天线元件例如可以是发射或接收rf信号的有源天线元件。天线元件中的一个也可以是耦接至移动设备的电气接地的接地元件。应该理解，移动设备中的两个天线元件必须电分离以防止短路。电接触件例如可以是简单的金属条或板簧等。

在一个实施方式中，第一固定元件可以包括第一电接触件，并且第二固定元件可以包括第二电接触件。如果固定元件和电接触件被设置在一起，则可以进一步减小外壳的大小并且可以提供非常紧凑的外壳。

在一个实施方式中，阻塞滤波器可以包括低通滤波器，该低通滤波器被配置成阻隔rf信号并且传递从电池去往天线的dc电力或者传递从天线去往电池的dc电力。低通滤波器是一种简单的滤波器，其可以有效地阻隔rf信号以免其到达电池。

在一个实施方式中，外壳和/或移动设备可以包括电池管理单元，该电池管理单元被以电气方式布置在电池与阻塞滤波器之间，其中，阻塞滤波器包括低频带通滤波器，所述低频带通滤波器被配置成阻隔rf信号和dc电力并且传递去往或来自电池管理单元的低频信号。电池管理单元可以包括充电和放电控制器，其控制来自或去往电池的电力传输。这样的控制器例如监督电池的充电状态并限制可以从电池中提取的电力。控制器还控制电池的充电过程，并且例如限制为了给电池充电而提供的电流。移动设备将包括设备电池管理单元，其提供与外壳中的电池管理单元相同的功能，但是是针对设备的电池而言的。因此，设备电池管理单元将控制移动设备中的电池的功耗和充电。两个电池管理单元均可以使用低频信号进行通信。这样的信号例如可以是i²c、spi或uart信号或任何其他低数据速率和低频数据信号。显然，低频带通滤波器将被适配成传递来自或去往电池管理单元的相应的低频数据信号。因此，低频带通滤波器将提供dc电力、rf信号与用于两个电池管理单元进行通信的低频信号的清晰分离。仅作为示例，低频信号例如可以包括约10khz的频率。

在一个实施方式中，设备电池管理单元被以电气方式布置在移动设备的阻塞滤波器与耗能元件和能量源之间，其中，滤波器包括低频带通滤波器，该低频带通滤波器被配置成阻隔rf信号和dc电力并且传递去往或来自设备电池管理单元的低频信号。因此，设备电池管理单元可以通过具有低通滤波器的移动设备的天线来接收和转发电力。同时，设备电池管理单元还可以向天线提供电力，例如，用于对外部的外壳中的电池充电。同时，设备电池管理单元可以通过低频带通滤波器与外壳中的控制器进行通信。

在一个实施方式中，设备电池管理单元可以被配置成管理根据本发明的移动设备的电池和外壳的电池。如果设备电池管理单元可以管理两个电池，则根据本发明不需要在移动设备与外壳之间提供专用的低频通信。例如可以通过设备的标准电力连接器将用于为电池充电的电力提供给移动设备。

在一个实施方式中，阻塞滤波器可以包括高频带通滤波器，该高频带通滤波器被配置成阻隔所有低于预定频率的信号并且传递从移动设备的天线去往无线电级(radiostage)的rf信号或者传递从移动设备的无线电级去往天线的rf信号。高频带通滤波器是移动设备中的第三滤波器元件，并且用于将移动设备的无线数据传输与电池管理单元的低频数据传输以及dc电力分开。因此，将根据需要使预定频率适配移动设备的无线电级的操作频率。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参照以下结合附图所做的描述。在下文中使用在附图的示意图中指明的示例性实施方式来更详细地说明本发明，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的移动设备的实施方式；

图2示意性地示出了根据本发明的具有根据本发明的外壳的移动设备的另一实施方式；

图3示意性地示出了根据本发明的具有根据本发明的外壳的移动设备的实施方式；

图4示意性地示出了根据本发明的具有根据本发明的外壳的移动设备的实施方式；

图5示意性地示出了根据本发明的外壳的实施方式；

图6示意性地示出了根据本发明的外壳的实施方式；

图7示意性地示出了根据本发明的外壳的实施方式；

图8示意性地示出了根据本发明的移动设备的实施方式的框图；以及

图9示出了根据本发明的方法的实施方式的流程图。

在这些附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记表示相同的元素。

具体实施方式

图1示意性地示出了移动设备101。移动设备101具有被框架围绕的大致方形的表面。框架包括多个框架元件102、103、104。在移动设备101的情况下，框架为金属框架并且框架元件102、103、104是导电元件并且彼此电隔离。

框架元件103还包括天线元件105。在移动设备101的相对侧设置有另外天线元件106。在图1中，天线元件105、106仅覆盖框架元件103的一部分。应该理解，可替选地，整个框架元件103可以是天线元件105。这也适用于天线元件106。另外的框架元件102、104可以包括另外的天线元件(未明确示出)或者可以例如包括接地连接。

在天线元件105、106例如被塑料框架(未示出)覆盖的情况下，塑料框架例如可以包括用于接触天线元件105、106的开口。

具有金属框架元件102、103和104的移动设备101尤其适合与根据本发明的外壳201一起使用。然而，具有可访问的天线接触件的任何其他移动设备101也可以与根据本发明的外壳201一起使用。

图2示意性地示出了具有外壳201的移动设备101的另一实施方式。外壳201被使用两个固定元件202、203固定至移动设备101。箭头示出了外壳201被固定至移动设备101的方向，即，从背面将外壳201固定至移动设备101。

固定元件202、203将外壳201横向地夹持至移动设备101，使得包含电池204(参见图3)的主要部分被定位在移动设备201的背面。

移动设备101包括位于框架的下外侧即框架元件104上的连接器116。该连接器116例如可以用于将移动设备101连接至充电器(未示出)或插接站(未示出)等。

显然，本发明允许在不阻隔连接器116的情况下向移动设备101提供附加的电池204。因此，可以在外壳201被附接至移动设备101的同时使用移动设备101的连接器116。

此外，如果使用连接器116对移动设备101的电池115充电，则移动设备101可以同时对外壳201的电池204充电。这将接合图6和图8更详细地进行说明。

图3以侧视图示出了具有外壳201的移动设备101。固定元件202覆盖了移动设备101的侧面的仅一部分。移动设备101的侧面的上端和下端未被覆盖。

此外，电池204被定位在外壳201的背侧上，即，附接至移动设备101的背面。

图3表明本发明中的外壳201不需要覆盖移动设备101的其中连接器116所位于的下端。因此，外壳201不会使移动设备101扩大而是仅增加其厚度。

图4以前视图示出了具有外壳201的移动设备101。当从前方观察时，仅外壳201的固定元件202、203在移动设备101的侧面上突出。

图5示意性地示出了外壳201。外壳201基本上是扁平形状的，即，外壳201包括扁平形状的背板212。呈夹子202、203形式的两个固定元件202、203从背板212的侧端垂直地延伸。

在夹子202、203中的每个夹子上设置有电接触件205、206。当电接触件205、206附接至移动设备101时，电接触件205、206二者被定向成朝向彼此，即，朝向移动设备101的框架。电接触件205、206被设置为金属条。应该理解，电接触件205、206的位置或多或少地处于夹子202、203的中央仅是示例。当然，如果特定应用需要，可以将电接触件205、206定位在夹子202、203上的任何位置处。

电接触件205、206二者均耦接至阻塞滤波器207。阻塞滤波器207滤除可能从天线元件105、106发送至外壳的任何rf频率信号。这样的信号可以是例如由天线元件105、106捕获的任何信号或者由移动设备101的射频电路系统107(参见图8)生成的信号。

另一方面，阻塞滤波器207将允许从电池204向电接触件205、206发送dc电力。因此，阻塞滤波器207允许对天线元件105、106的双重使用。天线元件105、106一方面可以用于信号发射，并且另一方面可以用于传导dc电力，例如以向移动设备101供电。

显然，阻塞滤波器207可以允许电力的双向流动。因此，电池204不仅可以用于向移动设备101供应电力。此外，当外壳201附接至移动设备101时可以从移动设备101向电池204充电。

如以上所述，外壳201并不覆盖移动设备101的电力连接器116。因此，移动设备101可以通过电力连接器116被充电并且同时为电池204充电。

图6示意性地示出了外壳220的另一实施方式。外壳220以外壳201为基础并且还包括设置在阻塞滤波器207与电池204之间的电池管理单元210。

电池管理单元210是控制并管理电池204的能量汲取和充电的元件。因此，电池管理单元210例如限制从电池204汲取的电流或者限制提供给电池204的电流等。

此外，阻塞滤波器207包括低通滤波器208和低频带通滤波器209。如上所述，低通滤波器208用于阻隔任何rf或数据信号，并且仅传递去往或来自电池204的dc电力。

相反，低频带通滤波器209用于向电池管理单元210传递仅低频信号，例如移动设备101与电池管理单元210交换的i²c数据信号。例如可以在移动设备101与电池管理单元210之间交换这样的信号以共同控制移动设备101与外壳220之间的充电或电力传输过程。

因此，图6的布置提供了移动设备101与外壳220之间的电力和数据传输。

图7示意性地示出了外壳230的另一实施方式。外壳230以外壳201为基础并且提供具有两个极213、214的电接触件211代替提供电接触件205、206。

外壳230例如可以与在框架上未设置天线元件的移动设备一起使用。相反，这样的移动设备例如可以在其后盖上设置连接元件，然后可以通过电接触件211接触该连接元件。

应该理解，以上说明的外壳201、220和230的实施方式的单个特征可以根据相应的应用的需要而被混合和交换。

图8示意性地示出了移动设备117的实施方式的框图。

移动设备117包括射频电路系统107，其提供了移动设备117的通信能力，并且例如可以支持经由gsm、umts、lte、无线lan、蓝牙等的数据通信。此外，移动设备117包括设备电池管理单元112。设备电池管理单元112包括电力控制器113，其控制电池115的电力流和能量水平。此外，通信控制器114使得设备电池管理单元112能够经由i²c、spi、uart或任何其它合适的数据传输系统与例如外壳201、220、230中的电池管理单元210进行通信。

移动设备117还包括滤波器108。滤波器108包括针对上述元件中的每一个元件的调谐滤波器元件109、110、111。

滤波器元件109是高频带通滤波器109，其适于将来自天线118的信号转发至射频电路系统107以及将来自射频电路系统107的信号转发至天线118，以上这些是相应的通信所需的。滤波器元件110是低通滤波器110，其允许dc电力从天线118传递至电力控制器113以及从电力控制器113传递至天线118。最后，滤波器元件111是低频带通滤波器111，其允许低频通信的通信数据从天线118传递至通信控制器114以及从通信控制器114传递至天线118。

尽管以上并未明确说明，但是单个滤波器108、207和滤波器元件109至111以及208、209可以包括任何电气元件，例如，提供相应的滤波器特性所需的电感器、电容器、电阻、运算放大器或数字滤波器元件。

图9示出了用于移动设备101、117的能量管理方法的实施方式的流程图。

该方法包括经由移动设备101、117的天线118将来自可移除外壳201、220、230的电池204的供电电力提供s1至移动设备101、117。

此外，必须从供应电力中滤除任何不期望的信号。因此，该方法包括在移动设备101、117的天线118处利用低通滤波器110、208对信号进行滤波s2，以阻隔经由天线118接收的dc电力进入射频电路系统107。此外，或者作为替选方案，该方法可以包括进行滤波以允许天线118与移动设备101、117的耗能元件之间的dc电力的传输。也可以在外壳201、220、230中执行滤波。

为了进一步允许外壳201、220、230与移动设备101、117之间的低频通信，可以执行利用移动设备101、117和/或外壳201、220、230中的低频带通滤波器111、209来阻隔rf信号和dc电力。此外，在移动设备101、117与外壳201、220、230之间可以传递低频信号。

最后，移动设备101、117中的高频带通滤波器109可以将来自天线118的rf信号转发至移动设备101、117的射频电路系统107或者将来自移动设备101、117的射频电路系统107的rf信号转发至天线118，并且阻隔所有低于预定频率的信号。

尽管本文中已经示出并描述了特定实施方式，但本领域的普通技术人员将理解的是，存在各种更改和/或等同的实现方式。应当理解，一个或多个示例性实施方式仅是示例，并不旨在以任何方式限制范围、适用性或配置。相反，前述发明内容和详细描述将为本领域技术人员提供用于实现至少一个示例性实施方式的便捷的途径，应当理解，在不脱离所附权利要求书及其合法等同内容所阐述的范围的情况下，可以对示例性实施方式中描述的元件的功能和布置做出各种改变。总的来说，本申请旨在涵盖本文中所讨论的具体实施方案的任何修改或变型。

本发明提供了一种用于可移除地附接至具有天线的移动设备(101，117)的外壳(201)，所述外壳包括：电池(204)，其被配置成提供供电电力；电接触元件(205，206，211)，其被配置成将电池(204)电耦接至移动设备(101，117)的天线；以及阻塞滤波器(207)，其被耦接在电接触元件(205，206，211)与电池(204)之间，并且被配置成阻隔从电接触元件(205，206，211)去往电池(204)的rf信号并且允许电池(204)与电接触元件(205，206，211)之间的供电电力的传输。此外，本发明提供了对应的移动设备(101，117)和对应的方法。

附图标记列表

101、117移动设备

102、103、104框架元件

105、106天线元件

107射频电路系统

108滤波器

109高频带通滤波器

110低通滤波器

111低频带通滤波器

112设备电池管理单元

113电力控制器

114通信控制器

115电池

116连接器

118天线

201、220、230外壳

202、203固定元件

204电池

205、206、211电接触件

207阻塞滤波器

208低通滤波器

209低频带通滤波器

210电池管理单元

212背板

213、214电极