CN103988141A - 用于向计算机设备供电的燃料电池 - Google Patents

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Abstract

一种结合有燃料电池的计算机外围设备，其可以向连接到该外围设备的计算机设备供电。该计算机外围设备包括壳体和壳体内的电路，电路用于提供至少一种计算机外围设备功能。数据接口用于向计算机设备提供数据传送或接受来自计算机设备的数据传送。燃料电池电源被结合到外围设备中。电力接口用于当计算机设备连接到电力接口时向计算机设备提供电力传送。电力控制器被构造成从燃料电池电源向电力接口供电，以当计算机设备连接到该电力接口时将所述电力供给到所述计算机设备。

Description

用于向计算机设备供电的燃料电池
技术领域
本发明涉及一种燃料电池动力系统，特别是燃料电池向计算机硬件提供电力的使用。
背景技术
便携式个人计算、数据处理和/或电通信装置已知在它们的电池寿命方面有很大的局限性。在本专利说明书中，术语“便携式计算机系统”或“便携式计算机设备”旨在涵盖所有这样的数据处理装置，包括笔记本、上网本、掌上电脑、平板电脑、个人管理记事本、“智能手机”等。
近年来，人们已投入大量努力来延长电池供电时间，从而这些电池供电的、基于计算机的装置可以独立于主电源进行操作。通常情况下，延长相对于主电源供电独立的时间需要在电池技术上进行改进，增加电池容量或更换电池组。这些解决方案会增加成本、携带装置的重量和/或尺寸，从而增加对用户的不便。此外，在电池电源可获得的能量密度方面仍有着显著的局限性。
最近，燃料电池已被确认为是计算装置的一个潜在的替代性便携式供电电源。然而，将燃料电池集成到便携式计算机装置本身可能并不总是方便，也没有解决如何延长现有硬件的电池使用寿命问题，燃料电池也不能很方便地往这些现有硬件中集成或改装。
发明内容
根据一个方面，本发明提供了一种计算机外围设备，包括：壳体；壳体内的电路，用于提供至少一种计算机外围设备功能；数据接口，用于向计算机设备提供数据传送或接受来自计算机设备的数据传送；燃料电池电源，其被结合到外围设备中；电力接口，用于当计算机设备连接到电力接口时向计算机设备提供电力传送；和电力控制器，其被构造成从燃料电池电源向电力接口供电，以当计算机设备连接到该电力接口时将所述电力供给到所述计算机设备。
根据另一方面，本发明提供了一种用于连接到计算机系统的计算机外围设备，该计算机外围设备具有：壳体；壳体内的电路，用于当连接到计算机系统时执行至少一种计算机外围设备功能；和燃料电池电源，其被结设置在所述壳体中；其中，所述壳体的至少外部部分包括用于向燃料电池提供燃料的可拆卸的燃料盒。
计算机外围设备可包括鼠标、打印机、扫描仪、键盘、投影仪、扩展坞/支架中的任一种。数据接口和电力接口包括USB接口。计算机外围设备可包括被构造成用于根据经由数据接口接收的来自计算机设备的指令控制燃料电池的操作的控制器。计算机外围设备可包括连接到所述壳体的可拆卸的燃料盒。可拆卸的燃料盒包括外围设备的基座。计算机外围设备包括鼠标，鼠标包括：位置感测装置，用于感测鼠标相对于支撑表面的位置变化，其中鼠标在支撑表面上使用；其中，鼠标的基座包括所述可拆卸的燃料盒，燃料盒包括用于与所述支撑表面滑动接合的下表面；燃料盒包括位于燃料盒中的至少一个孔，位置感测装置可穿过所述孔进行操作。燃料盒可包括位于其下表面上的低摩擦衬垫。所述计算机外围设备包括键盘并且键盘的基座包括所述可拆卸的燃料盒，燃料盒包括用于与支撑表面相接合的下表面，键盘在所述支撑表面上使用，并且燃料盒被构造成用于键盘的在使用时可调节的支撑。
根据另一方面，本发明提供了一种用于计算机设备的支架/扩展坞，该支架/扩展坞具有：壳体，该壳体被构造成与计算机设备相接合，以使计算机设备以一个或多个特定的陈列角度加以呈现；燃料电池电源，其设置在壳体内；电力接口，用于当计算机设备连接到该电力接口时向计算机设备提供电力传送；和电力控制器，其被构造成从燃料电池电源向电力接口供电，以当计算机设备连接到该电力接口时将所述电力供给到所述计算机设备。
燃料电池与外围设备壳体一起设置，或设置在支架/扩展坞壳体内的指示，意图包括燃料电池的至少一部分可形成壳体本身的至少一部分的实施例，即，燃料电池被结合到壳体中。
附图说明
现在将通过举例的方式并结合附图对本发明的实施例加以描述，其中：
图1是应用燃料电池的计算机鼠标，其中，图1a示出了前端视图，图1b示出了左侧视图，图1c示出了平面图，图1d示出了下侧透视图，并且图1e示出了上侧透视图；
图2示出了图1的鼠标中的燃料盒，其中，图2a示出了前端视图，图2b示出了左侧视图，图2c示出了平面图，并且图2d示出了上侧透视图；
图3示出了图1的鼠标的透视图，显出了处于断开和连接构造下的燃料盒；
图4a示出了应用附有燃料盒的燃料电池的计算机键盘的透视图，并且图4b示出了所附的燃料盒的透视图；
图5从数个透视视角示出了平板电脑支架，平板电脑支架带有集成的燃料电池盒和拆卸的燃料盒；
图6示出了示意性的方块图，描绘了计算机装置的功能和燃料电池驱动的外围设备；以及
图7示出了带有光电面板的扩展坞/支架。
具体实施方式
一方面，本发明意识到很多便携式计算机设备的用户还将该计算机设备与一个或多个外围设备(诸如鼠标、键盘、打印机、扫描仪、投影仪、扩展坞/支架等)一起使用。这些外围设备本身也可能是便携的并且可能被构造成结合有燃料电池系统，该燃料电池系统不仅能够向外围设备本身供电，还能够在便携式计算机设备连接到外围设备时向便携式计算机设备供电。术语“外围设备”意图包括能够向它所电子地连接到的计算机设备执行数据输入和/或输出功能并且与该计算机设备物理地分离或可分离的装置。
图1示出了示例性的计算机鼠标，其中燃料电池系统被采用过。计算机鼠标1包括上壳体部2，其封装传统的机械和电子硬件，以执行提供电输出的传统的鼠标功能，所述电输出指示鼠标相对于其上使用该鼠标的支撑表面(例如鼠标垫、桌面等)的位置改变。上壳体部包括一组传统的鼠标按钮，例如左键3和右键4。鼠标还可包括传统的滚轮5，以及本领域已知的任何其他控制开关、按钮或其他控制表面等。
结合到上壳体部2内的是燃料电池(图1中不可见)。燃料电池可以是能够以适当的电压提供电功率输出的任意适当的类型。通常的要求可能是高达数安培电流的5V功率输出，当然更高或更低的规格也是可以考虑的。上壳体部2还包括多个通风孔阵列6、7和8，以提供向燃料电池的通风，例如，通向燃料电池的负极侧的风源。这些通风孔阵列优选地设置在上壳体部2上的不太可能在鼠标的正常使用过程中被用户的手阻挡的位置上。如图1所示，通风孔阵列6，7，8的优选位置包括在壳体的前表面10上由孔阵列6和7指示的前部位置，该位置靠近由图1a中的引线孔9指示的鼠标引线引出的位置。引线本身未示出，以使图1更加清楚，但图3中可以看到。这些前方位置的阵列6和7通常在鼠标用户的手指端部的更前方。另一优选位置如通风孔阵列8所示，位于鼠标的斜上表面12的前部至按钮3和4的后方。通风孔阵列8的定位使得用户的手掌和手指趋向于悬空于这些阵列之上，而不会阻挡它。
计算机鼠标的用户舒适性是鼠标设计的重要考虑因素，并且上壳体部2的轮廓可以被构造成任意适当的轮廓以最优化人体工程学。在优选的构造中，位于鼠标前端的通风孔阵列6和7被构造成燃料电池的排气孔，而通风孔阵列8被构造成燃料电池的进气口。通过这种方式，在操作过程中的来自燃料电池的热气流可以被引导远离用户的手。
鼠标1的基座15优选地提供基本平面的下表面16，该下表面16被构造成用于与在其上使用鼠标的支撑表面(例如，鼠标垫、桌面等)滑动地接合。下表面16可具有任意适当的轮廓(优选地为平面，但这并不是必须的，例如，向上的凹面)，并且可以设有低摩擦图层，诸如特氟龙(Teflon)衬垫(未示出)，以实现优化的摩擦运动。基座15还用作可拆卸的燃料盒20，以通过任意适当的流体燃料向燃料电池进行补充。燃料可以以固体、液体或气体形式储存在盒中，但优选地是以流体形式输送至燃料电池，例如气体或液体形式。示例性的流体燃料包括氢。
燃料盒20优选地被构造为集成至鼠标外壳的整体轮廓中，尽管优选地也可以构造成可拆卸的，以便于燃料补充和燃料盒的重新填充。在图1所示的结构中，由于燃料盒20限定了鼠标的基座15，因此孔17被形成为穿过盒20，以根据光电鼠标的已知设计允许常规的光学位置跟踪系统与上方布置有鼠标的支撑表面(例如鼠标垫)相互作用。孔17可以被构造为正好穿过盒20的物理孔，使得燃料盒的燃料容纳空间被认为是类似于超环面形的，例如“环形”或“面包圈(doughnut)形”。可替换地，该孔可以使光学孔，诸如穿过燃料盒20的窗口。孔17可以被可替换地构造成用于接收诸如用于传统的位置感测的追踪球的机械结构。
图2中示出了燃料盒20的示意图。燃料盒20包括外围边缘21，该边缘21大致符合上壳体部的轮廓并限定了鼠标的形状。燃料盒20包括上表面22，上表面22包括进气连接部23和维修口24。上表面22与上壳体部2以任意适当的方式接合，例如通过推入配合或通过机械锁定或锁销结构(未示出)。进气连接部23被构造成与位于上壳体部2的下侧上的适当的阀配合，以便将流体燃料输送至燃料电池。维修口24可提供额外的功能，例如，用于重新填充/清洗/清洁燃料电池。
图3示出了燃料电池鼠标1的透视图，其中燃料盒被连接(图3b)和被断开连接(图3a)。可以看出，可拆卸的燃料盒20本身实质上包括壳体的外部的至少一个部分并且因此用作鼠标的功能性基座，例如，提供低鼠标的摩擦滑动表面和光发射部分，或者容纳任意追踪球机构的至少一部分。用于更换或补充的燃料盒的移除还能够实现鼠标的内部构件的维护，或实现地摩擦表面的清洁。在通常的方面中，由光学追踪系统或机械追踪球作为示例的位置感测装置可以被构造成用于感测鼠标相对于在其上使用鼠标的支撑表面的位置变化，并可通过燃料盒中的孔进行操作。
计算机鼠标通常被设计成具有特定的尺寸以便于人手的最佳使用。因此，它们通常在壳体内具有大量的空间。这使得利用这些空间的一些去提供额外的电源是特别有利的，因为否则这些空间就将被浪费。
可替换的外围设备可以是键盘。图4示出了结合有燃料电池系统的键盘40。计算机键盘40包括上壳体部42，其封装传统的机械和电子硬件以执行传统的键盘功能。上壳体部42包括一组传统的键盘按键，以及任何其他控制开关、按钮、或本领域已知的其他控制表面。
结合在上壳体部42内的是燃料电池(图4中不可见)。燃料电池可以是结合图1的鼠标加以讨论的任意适当的类型。上壳体部42还包括多个通风孔阵列(未示出)以提供至燃料电池的通风，例如，至燃料电池的负极的风源。这些通风孔阵列优选地设置在上壳体部42上的在键盘的正常使用过程中不太可能会被用户的手阻挡的位置。
键盘40的基座41优选地提供基本平面的下表面，以提供适当的键盘支撑并可提供足部或可调节的腿部，以便改变键盘上表面的高度和/或倾斜度。基座41用作可拆卸的燃料盒45，以向键盘上壳体部中的燃料电池提供适当的流体燃料，如之前结合图1的鼠标进行描述的一样。
燃料盒45优选地被构造成集成到键盘外壳的整体轮廓中，尽管优选地也可以构造成可拆卸的，以便于燃料补充和燃料盒的重新填充。燃料盒45包括外围边缘43，该边缘43大致符合上壳体部42的轮廓并限定键盘的形状。燃料盒45包括上表面44，上表面44包括进气连接部46和维修口47。上表面44与上壳体部42以任意适当的方式接合，例如通过推入配合或通过机械锁定或锁销结构(未示出)。进气连接部46被构造成与位于上壳体部42的下侧上的适当的阀配合，以便将流体燃料输送至燃料电池。维修口47可提供额外的功能，例如，用于重新填充/清洗/清洁燃料电池。
键盘通常被设计成具有特定的尺寸以便于人手的最佳使用。因此，它们通常在壳体内具有大量的空间。这使得利用这些空间的一些去提供额外的电源是特别有利的，因为否则这些空间就将被浪费。
其他形式的外围设备，例如扫描仪、打印机、投影仪、扩展坞/支架也可以被构造成具有燃料电池并且燃料盒以类似的方式结合到其中。
向诸如计算机鼠标之类的外围设备提供燃料电池电源的一个特别的优点在于，燃料电池不仅可用于向外围设备本身供电，还额可以向连接到该外围设备的计算机设备供电。鼠标、键盘、打印机等通常通过USB或其他类似的电连接器连接到便携式计算机设备。USB或其他连接器通常提供用于在计算机设备和外围设备之间提供用于数据传输的总线以及用于从计算机向外围设备供电以驱动外围设备的电力线。一方面，本发明意识到实现反向充电成具有相当的优点。换言之，具有装载有燃料电池的外围设备可用于向计算机设备供电。因此，当外围设备被连接到计算机时，计算机设备的电池寿命可以通过避免或减少计算机电池上的电力消耗而被延长。此外，外围设备还可用于在外围设备连接到便携式计算机设备时向计算机设备再充电。外围设备可用于在便携式计算机设备打开或关闭时向其再充电。外围设备可用于在便携式计算机设备打开时，向计算机设备供电，或供电和充电。
图6中示意性地示出了优选的布置。外围设备60通过USB或类似的多功能(即，供电和数据)线缆61连接至计算机设备65。计算机设备65包括用于连接数据和供电连接器的接口66。这些可合并在USB类型的连接其中，或可以是分开的数据和供电连接器。类似的接口62被设置在外围设备60上。燃料电池63通过燃料管线64连接到燃料盒67。数据接口68提供通向计算机设备65和/或从计算机设备65传来的数据传输。外围设备的计算机外围设备功能(例如，鼠标功能、打印机功能、键盘功能等)由通过功能性方块69描绘的电路提供。电源控制器63a可从燃料电池63向接口62供电，以通过电力线61b提供至计算机设备65。
由外围设备60至计算机设备65的电力输送可通在数据结构68的控制下的数据线61上的计算机设备65与外围设备60之间的双向数据传输被智能化地管理。因此，外围设备60可以被构造成用于提示计算机设备65，燃料电池电源是可用的。在这种环境下，计算机设备65可以被构造成用于检测是否具有电源或是依靠电池在运行。如果计算机设备具有可用的电源，则它可选择不要求从外围设备供电，并且可想外围设备供电，从而其内的燃料电池63可以保持不活动或休眠。如果计算机设备不具有可用电源，则它可以要求从外围设备供电，例如，用于完全正常工作、或用于辅助电池工作(以延长电池寿命)、或用于电池充电、或其组合。
优选地通过使用共用的数据通讯/电力引线61(例如USB或USB-OTG)从外围设备60向计算机设备65提供电力。然而，为了向后兼容已有的硬件或标准，它可以优选地具有分开的电连接器以用于数据(例如USB)和供电(例如传统的或专用的电插头)。分开的电连接插头可以设置在连接至外围设备的公用的多芯电缆的端部，以便于用户使用。例如，计算机鼠标1可以设有引线30(图3)，引线30终止于分别终止于USB插头和电插头的接合点和分开的缆线对。
计算机设备与外围设备之间的数据通信可以可替换地由无线信道(诸如红外或蓝牙)提供。外围设备与计算机设备之间的电力联通可以可替换地通过无线技术(诸如功率的感应传递)来提供。当外围设备和计算机设备被放置成彼此靠近时，在后的方面可以是尤其有利的。
在图5所示的另一中布置中，示出了用于平板电脑51的扩展坞/支架50。燃料电池(未示出)被结合到扩展坞/支架中。支架50也可包括用于燃料盒53的容器52。支架52可具有矩形设计以提供至少两个不同定向的使用，如分别由54a和54b指示的那样。这两个定向可允许支架用作阅读和打字底盘。支架可包括铰接的结构，以用于改变平板电脑51所陈列的角度。用于接收燃料盒53的容器52可以是如图5中所示的凹槽或孔，燃料盒可插入所述凹槽或孔中。可替换地，燃料盒可以按照上文中与参照鼠标和键盘的实施例描述的方式类似的方式附接到扩展坞/支架的基座并形成它的一部分。
扩展坞/支架通常具有至少部分地由附接到该扩展坞/支架的平板电脑的尺寸确定的尺寸，并且因此通常在壳体内具有大量的空间。这使得利用这些空间的一些去提供额外的电源是特别有利的，因为否则这些空间就将被浪费。
扩展坞/支架可通过如上文所述的USB或类似的多功能(即，供电和数据)缆线连接到计算机设备。更优选地，缆线可由平板但闹的侧面或底部上的一组连接器替代，当平板电脑被安装到扩展坞/支架时，所述一组连接器自动地连接到扩展坞/支架上的互补的连接器。平板电脑装置与扩展坞/支架的靠近也使得无线供电和数据传输的可能性变得更容易实现并且因此是潜在地有利的。平板电脑和扩展坞/支架之间的功率传递可通过使用双向数据传输来实现智能地管理，如上文结合鼠标和键盘的结构描述的那样。
在进一步的布置中，如图7所示，扩展坞/支架70可包括光电面板71，作为用于向其上的平板电脑设备51充电的补充电源。光电面板71可以被构造成一系列可折叠的板72a、72b、72c，它们可以在不使用时展开覆盖在平板电脑设备51上。充电电力可经由扩展坞/支架70传输至平板电脑51，并且通过使用与用于结合到扩展坞/支架70中的燃料电池的电力输送机构相同的机构从那里传输至平板电脑51。在更通常的方面中，扩展坞/支架70可结合有设置在扩展坞/支架70的任意方便的表面上的多个光伏电池，其可用作燃料电池的替代或补充，或者在平板电脑不使用时备用充电，或者在平板电脑使用时用作辅助电源。开关机构(未示出)可结合到扩展坞/支架70中，其中开关机构可通过将光电面板72折叠回来而被触发，以便平板电脑设备51的使用。开关机构可启动燃料电池以准备用于向平板电脑设备51供电。当光电面板72被折叠回去时，平板电脑设备51还可以自动地启动。开关机构可以例如是磁性开关、微博开关、接近开关、光学传感器。
上文描述的所有实施例都具有通过在诸如鼠标或扩展坞/支架的外围设备中提供燃料电池系统从而在无需增加电池容量的情况下即可延长便携式计算机设备的电池寿命和/或性能的显著的优点。这种外围设备可以再不需要用户任何动作的情况下智能地向便携式设备提供可用的电源，以提供全部或部分工作电力和/或充电电力。
其他实施方式也意图包含在所附权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种计算机外围设备，包括：
壳体；
壳体内的电路，用于提供至少一种计算机外围设备功能；
数据接口，用于向计算机设备提供数据传送或接受来自计算机设备的数据传送；
燃料电池电源，其被结合到外围设备中；
电力接口，用于当计算机设备连接到电力接口时向计算机设备提供电力传送；和
电力控制器，其被构造成从燃料电池电源向电力接口供电，以当计算机设备连接到该电力接口时将所述电力供给到所述计算机设备。
2.根据权利要求1所述的计算机外围设备，包括鼠标、打印机、扫描仪、键盘、投影仪、扩展坞/支架中的任一种。
3.根据权利要求1所述的计算机外围设备，其中数据接口和电力接口包括USB接口。
4.根据权利要求1所述的计算机外围设备，还包括被构造成用于根据经由数据接口接收的来自计算机设备的指令控制燃料电池的操作的控制器。
5.根据权利要求1所述的计算机外围设备，还包括连接到所述壳体的可拆卸的燃料盒。
6.一种用于连接到计算机系统的计算机外围设备，该计算机外围设备具有：
壳体；
壳体内的电路，用于当连接到计算机系统时执行至少一种计算机外围设备功能；和
燃料电池电源，其被结设置在所述壳体中；
其中，所述壳体的至少外部部分包括用于向燃料电池提供燃料的可拆卸的燃料盒。
7.根据权利要求6所述的计算机外围设备，其中，可拆卸的燃料盒包括外围设备的基座。
8.根据权利要求7所述的计算机外围设备，其中，计算机外围设备包括鼠标，鼠标包括：
位置感测装置，用于感测鼠标相对于支撑表面的位置变化，其中鼠标在支撑表面上使用；
其中，鼠标的基座包括所述可拆卸的燃料盒，燃料盒包括用于与所述支撑表面滑动接合的下表面；
燃料盒包括位于燃料盒中的至少一个孔，位置感测装置可通过所述孔进行操作。
9.根据权利要求8所述的计算机外围设备，其中，燃料盒包括位于其下表面上的低摩擦衬垫。
10.根据权利要求7所述的计算机外围设备，其中，所述计算机外围设备包括键盘并且键盘的基座包括所述可拆卸的燃料盒，燃料盒包括用于与支撑表面相接合的下表面，键盘在所述支撑表面上使用，并且燃料盒被构造成用于键盘的在使用时可调节的支撑。
11.一种用于计算机设备的支架/扩展坞，该支架/扩展坞具有：
壳体，该壳体被构造成与计算机设备相接合，以使计算机设备以一个或多个特定的陈列角度加以呈现；
燃料电池电源，其设置在壳体内；
电力接口，用于当计算机设备连接到该电力接口时向计算机设备提供电力传送；和
电力控制器，其被构造成从燃料电池电源向电力接口供电，以当计算机设备连接到该电力接口时将所述电力供给到所述计算机设备。
12.根据权利要求11所述的支架/扩展坞，还包括光电面板，该光电面板被构造成用于提供除燃料电池电源之外的第二电源。
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