CN103975498A - 具有单个电池单元操作和电池储备的非接触式分配器 - Google Patents

Abstract

一种电动设备，包括至少一个电动组件和具有至少两个电池单元的电源。一个电池单元为电动组件供电并且剩余电池单元保持备用。控制电路被连接至电动组件和电源。控制电路包括控制器和升压调节电路，控制器产生充电信号，升压调节电路被连接至从电源接收功率的控制器并产生用于转换成充电信号的升压信号。电容器被连接至控制器并接收充电信号以及向电动组件提供预定电压。升压调节电路和控制器检测电源并且当电池单元被完全耗尽时从保持备用的剩余电池单元中的一个电池单元抽取功率。

Description

具有单个电池单元操作和电池储备的非接触式分配器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年7月1日提交的美国专利申请序列NO.13/175,027的优先权，并且其通过引用被合并于此。

技术领域

通常，本发明针对一种电动的非接触式流体分配器。尤其，本发明提供一种电池储备（battery banking）特征，其确保在切换至第二电池（电池单元（cell））之前，一个电池（电池单元）完全耗尽。特别地，本发明针对一种电池操作的非接触式流体分配器，该分配器利用超级电容器来操作以控制器为基础的系统，该系统向该分配器提供一致的电力直至电池被完全耗尽，随之控制器才切换至另一电池。

背景技术

有时被称为非接触式分配器的免手提分配器在本领域中是众所周知的。许多分配器是电池供电的，这允许它们被便利地放置在几乎任何地方而无需连接至供电装置。当然，还被称为电池单元的电池在运行了一段时期后需要更换该电池。如果电池没有被及时更换，则致使分配器不起作用。解决该问题的一种方法是根据预定时间表来更换电池。然而，因为被更换电池的整个寿命未被使用而被视为浪费。

可替代的解决方案是为分配器提供电池备份系统。在这种配置中，当第一使用的电池被完全或部分地放电时，分配器切换至第二带电的电池。尽管改善了，但是电池在其寿命的最后阶段中的使用可能仍旧是个问题。特别地，由几乎耗尽的电池提供的电力等级可能不足以完全操作被用于分配流体材料的分配系统、电机和/或泵。因此，可能存在比假设周期持续更长的分配周期或者分配周期可能是间歇性的。使用多个电池的另一个缺点是需要它们串联连接。如此，与分配器相关联的控制器选择具有最高电压值的电池来操作设备。这具有要求电池具有相同类型的缺点。当串联连接时，一组电池的性能受到最弱电池单元的限制。如此，混合不同类型的电池（串联的）可能引起故障。一旦电池中的一个电池放电，其可能以相反的极性来充电并导致电池故障甚至可能是分配器故障。在过去，试图在串联配置中区分电池类型，这导致了难以实现和复杂的电路。因此，需要具有电池备份系统的免手持或非接触的分配器，该电池备份系统在切换至第二电池之前完全耗尽一个电池。还需要在无论剩余电荷值为多少时都确保实施完整的操作周期。并且，需要考虑在分配器中使用不同类型的电池。在该技术中还需要提供指示哪个电池被完全耗尽以使其可以被更换。

发明内容

鉴于上述观点，本发明的第一方面提供一种具有单个电池单元操作和电池储备的非接触式分配器。

本发明的另一方面提供一种电动设备，包括至少一个电动组件；包括至少两个电池单元的电源，其中至少一个电池单元为电动组件供电，而剩余电池单元被保持备用；以及连接到至少一个电动组件和电源的控制电路，该控制电路包括控制器、升压调节电路和电容器，控制器产生充电信号，升压调节电路连接至控制器并接收来自电源的电力以及产生由控制器接收的用于转换成充电信号的升压信号，电容器被连接至控制器并用于接收来自控制器的充电信号，该电容器向电动组件提供预定电压，升压调节电路和控制器监测电源并当一个电池单元被完全耗尽时从剩余电池单元中的至少一个电池单元获取电力。

附图说明

为了透彻理解本发明的目的、技术和结构，应该参考以下的详细描述和附图，其中：

图1是根据本发明的概念而制成的分配器的示意图，其中分配器的盖子以透视形式示出以示出分配器的内部组件；以及

图2是根据本发明的概念由分配器使用的控制电路的电气原理图。

具体实施方式

现在参考附图尤其参考图1，可以看出根据本发明的概念制成的非接触式分配器通常由数字10来表示。尽管本发明的概念针对的是非接触或免手提分配器，但是本领域技术人员将理解本发明还可以被用任何电池操作的或使用非传统主电源的电源的电力来为至少一个电动组件供电。在任何情况下，分配器10包括外壳12，该外壳12提供盖子或门13，当盖子或门13被打开时，允许技师安装或更换再充满容器（refill container）14。还可以被称为盒子的容器14包含流体材料，如肥皂、消毒剂或按测量量分配的其它材料。与再充满容器14相关联的是喷嘴16，该喷嘴16是从容器到接收流体的对象（如人的手或其它任何流体被分配至上面的对象）的导管。分配器10包括被插入在容器14和喷嘴16之间的泵机构18。机构18被连接至驱动泵机构的驱动机构20，如电机或螺线管（solenoid）。

接近传感器22与外壳12相关联并可以是红外线、声音、或电容类型传感器的形式，其检测对象或人的手的存在。控制电路24由外壳来携带并被连接至接近传感器22、驱动机构20和泵机构18。将被更详细讨论的电源26为传感器22、控制电路24、泵机构18和驱动机构20提供电力。电源26包括至少两个电池，在整个说明书中电池还被称为电池单元。

通常，控制电路24被用于控制与分配器10相关联的电动组件。这包括但不限于泵机构、驱动机构、传感器22和控制电路24。应该理解分配器10的特征可被应用于非分配器或不是免提的分配器或设备的设备。确实，本发明可以与任何依赖于电池或电池单元用于延长时间段供电的设备一起使用。

现在参考图2，可以看出分配器10包括控制电路24。控制电路24包括控制器28，控制器28通常结合其他电路组件接收输入并产生输出。控制器28提供实施控制电路24和分配器10的操作特征的必要硬件、软件和内存。在一种实施方式中，控制器可以是Silicon Labs部件号C8051F312。在本实施方式中，控制器28是如Texas Instruments部件号MSP430L092提供的“本机模式（native mode）”的设备。这种控制器的优点是其不利用内部电压升高。本机模式控制器的优点还有它们的功率需求被大大减小。在任何情况下，本控制器被配置成有选择地允许电荷在两个方向流动。

还被称为电池组（battery bank）的电源26包括至少两个并联连接的电池32和34。术语“电池”可以指电池单元，其中电池电源意味着电池、太阳能板和任何其它电力源。将理解可以在电源中包括多于两种不同类型的电池单元，其可以是相同类型或不同类型。特别地，电池单元可以是以下多者的混合：碱性类型、镍氢类型、大容量类型（heavy duty type）、AA电池、一个C、一个D、一个AAA或任何其它具有不损失分配器中的控制电路和其它组件的功能的电池种类。

插入在电源26和控制器28之间的是电池单元选择电路36，电池单元选择电路36帮助选择电池以操作控制电路和分配器的相关组件。选择电路36包括多个场效应晶体管38A-D，其中每个晶体管38产生传送至控制器28的相应的选择信号40。将理解每个晶体管38与可以被包括在电池组中的相应的电池单元相关联，并且电源可以提供两个附加电池单元（图2中未示出）。在任何情况下，如果相关电池单元的电压等级对于相应的晶体管38是足够的，则选择信号40由控制器28接收。由选择信号40指示的不足的电荷等级被检测到并且因此被控制器28处理。

电池单元指示电路42被连接在电池单元选择电路36和控制器28之间，其中电路42指示哪个电池单元已经耗尽或未耗尽。电路42包括提供有合适的后缀A-D的多个电阻器43，多个电阻器43被连接至相应的发光二极管（LED）44A-D的阳极。每个电阻器43的其它端通过指示线50被连接至相应的FET38的输出端。本领域的技术人员将理解其它发光元件可以被使用以替代LED。连接至LED44A-D阴极的是晶体管46，晶体管46由连接至控制器28的晶体管线48可操作地控制。在大多数实施方式中，当盖子13打开时，晶体管线48是带电的。当然，其它情况可以被用于在晶体管线48上产生信号，如外部按钮。在任何情况下，当控制器确定特定的电池单元被耗尽时，适当的相应LED44在外壳被打开时发光。可替代的，如果相应的电池单元仍具有充足的电能，则LED44可以发光。

控制电路24包括多个用于实施分配器10的操作的子电路或特征。尤其，查询电路54一旦接收到由控制器产生的查询信号56，则产生短程无线电频率信号。该特征确认合适的再填充容器在分配器外壳中的存在。在本实施方式中，再填充容器可以被提供有标记或响应于RF信号而产生应答信号的其它类型的响应信令设备。确认电路58检测应答信号并产生由控制器28接收的确认信号60。在其它实施方式中，确认电路58可以简单地检测再填充容器是否存在和/或再填充容器是否是有效容器或不是有效容器。如果容器未被批准，则控制器28不允许分配器其它特征的操作。

电机控制电路64被连接至控制器28并经由信号线66接收来自控制器的操作信号。电路64提供返回信号线68以监控电机的操作。电路64激励电机，电机反过来在合适的时间操作驱动机构20并根据分配器的特定操作特征持续合适的时间长度。

凸轮传感器电路70被连接至控制器28并经由传感器信号线72提供电机和/或机构20位置的检测。电路70提供电机或机构的操作位置的确认，以基于关联于此的凸轮的相关位置确保电机在合适的时间关闭或确保机构停止。也就是说，传感器电路70与连接至电机的电机轴或机构的用于检测器位置的特征的位置传感器相关联。如果电路在分配周期期间或分配周期之后不检测电机轴或机构的合适位置，则控制器28实施合适的校正动作。

接近传感器电路76被连接至控制器28，其中控制器产生传感器信号78以开始红外线操作或与传感器22相关联的类似的收发器的操作。当传感器检测到由物体反射的返回信号的存在时，接收器电路80也被连接至控制器28。该检测事件在接收器线82上被传送至控制器。也就是说，当接近传感器发射信号时，任何返回或反射的信号被电路80检测到并被发送至控制器28以开始分配周期。本领域技术人员将理解控制器28以预定方式产生信号78以保存电池功率。例如，信号78可以以降低的周期速率来操作接近传感器直至检测到物体。速率可以然后在一时间段内被增加，直至物体不再被检测到的时候。

霍尔开关84通过信号线86被连接至控制器28。霍尔开关84被连接至盖子13，以使得无论盖子是否打开都产生合适的信号。一旦这种信号被检测到，控制器28产生导通晶体管46的信号48。这使得与指示器电路42相关联的LED能够点亮以确定或示出哪个电池单元已经耗尽或未耗尽。

振荡电路90通过信号线92被连接至控制器28以实施控制器的操作。技术人员将理解，振荡电路90提供合适的时钟信号和时钟信号速率，如32千赫，以便确保控制器的操作。编程头（programming header）94经由头信号线96也被连接至控制器28。头94允许技师或工厂人员调整控制器用于分配器操作的软件。

升压调节电路100通过电池线102和升压信号104被连接至控制器28。超级电容连接电路106经由充电信号108也被连接至控制器并从控制器接收输入。超级电容器110被连接至电路106并保持用于运行所有电动分配器组件的电荷的预定等级。升压调节电路100、连接电路106和控制器28共同作用来激励超级电容器并有效地使用提供的电池功率。

在启动时，通过检测各个选择信号40来确定哪个电池单元或电池能够为剩余电路提供足够的功率，调节电路100通过控制器28选择最低电压功率电池单元。电路100然后经由电池线102使用所选择的电池来经由升压信号104通过控制器28、充电信号108和电路106对超级电容器110充电，直至获得期望的电荷等级。然后，控制器28接管电路的操作并确定还需要多久再对超级电容器充电并然后升压调节电路进入休眠状态。控制器28被编程成以每五分钟或其它选择的时间周期来周期性地检查超级电容器的电压状态。控制器28还可以被编程成在每个分配周期之后检查超级电容器110的电压状态。如果控制器28在这些检查中的一个检查期间确定超级电容器具有不足的电荷值，那么控制器28进入活动状态并且调节电路100经由升压信号104和充电信号108再激励超级电容器。在分配周期被启动并超级电容器上的电荷是不足的情况下，电源26中所选择的电池通过控制器直接操作分配器10。如果所选择的电池仍旧能够供电，但是数量不足以操作分配器，则调节电路100试图对超级电容器充电。一旦所选择的电池被完全耗尽，控制器28随后选择下一个如上所述具有最低电压值的可用电池。根据上述配置，技术人员将理解分配器10能够操作单个电池单元或电池或更具体的能够操作电容器。在本实施方式中，分配器在备用期间抽取大约200微瓦以供电给电流损耗（current-drawing）组件，并且在分配事件期间大约两焦耳（2瓦/秒）。

根据上文所述，本发明的优点是显而易见的。分配器能够操作任何类型的电池。这允许简单的电池配置和空间节省。而且，具有部分电荷的电池不被处理直至被完全耗尽。这允许电池维护/更换与定期的再填充容器更换相协调。分配器还具有以下优点：当门盖子被打开时，电池单元作为具有充足或不充足电压而被识别。

因此，可以看出由以上所述的结构及其使用方法满足了本发明的目的。尽管根据专利法规，仅仅展示出和详细描述最佳模式和优选实施方式，但是应理解本发明并不被其限制或并不被限制于此。

因此，对于本发明的真实范围和宽度的理解，应该参考随附的权利要求书。

Claims (9)

1.一种电动设备，包括：

至少一个电动组件；

包括至少两个电池单元的电源，其中至少一个电池单元为所述电动组件供电并且剩余的电池单元保持备用；以及

控制电路，被连接至所述至少一个电动组件和所述电源，所述控制电路包括：

控制器，用于产生充电信号；

升压调节电路，被连接至所述控制器，及接收来自所述电源的功率并产生由所述控制器接收的用于转换成所述充电信号的升压信号；及

电容器，被连接至所述控制器，并接收来自所述控制器的所述充电信号，所述电容器为所述电动组件提供预定电压；

所述升压调节电路和所述控制器监测所述电源并且当所述一个电池单元被完全耗尽时，从保持备用的所述剩余电池单元中的至少一个电池单元抽取功率。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少两个电池单元为不同类型和尺寸，该这少两个电池单元选自以下的组，包括：碱性、NiMH、AA、AAA、C和D。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少两个电池单元并联连接。

4.根据权利要求1所述的设备，该设备进一步包括：

外壳，适于接收流体再填充容器，其中所述至少一个电动组件帮助从所述再填充容器分配流体。

5.根据权利要求4所述的设备，该设备进一步包括：

电池单元指示器电路，包括与每个所述电池单元相关联的光元件，并且所述电池单元指示器电路被连接至所述控制器，所述光元件指示所关联的电池单元是否被耗尽或是否未被耗尽。

6.根据权利要求5所述的设备，该设备进一步包括：

与所述外壳相关联的盖子；

盖子开关，被连接至所述盖子并被连接至所述控制器，所述控制器根据所关联的电池单元是否被耗尽或是否未被耗尽来点亮所述光元件。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述电容器为具有大于1法拉的值的超级电容器，其中所述超级电容器为所述至少一个电动设备供电。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述电源在所述超级电容器具有不足电荷的情况下为所述电动组件供电。

9.根据权利要求7所述的设备，该设备进一步包括：

电池单元选择电路，被连接在所述电源和所述控制器之间，其中所述控制器产生由所述电池单元选择电路接收的选择信号，以将选择的所述至少两个电池单元中的一个电池单元连接至所述升压调节电路。