一種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)及供電方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)及供電方法，本發(fā)明將無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)根據(jù)功率特性進行區(qū)分，分為功率型用電單元(無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊)和非功率型用電單元(其它耗電器件)，由功率單元為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電，由能量單元為其它耗電器件供電，能量單元和功率單元輸出端之間通過隔離單元連接，隔離單元用于在功率單元為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電時，斷開功率單元與能量單元的電流通路，僅由功率單元為其供電。本發(fā)明僅采用功率單元為無線收發(fā)模塊供電，解決了目前無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)由于采用蓄電池為無線收發(fā)模塊供電導(dǎo)致蓄電池“超量配置”，對蓄電池電流沖擊大，造成蓄電池壽命降低、其它耗電器件供電不穩(wěn)等問題。
【專利說明】
一種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)及供電方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)及供電方法，屬于電路系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無線數(shù)據(jù)傳輸廣泛地運用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標簽、身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。電氣系統(tǒng)是無線數(shù)據(jù)傳輸裝置必不可少的一部分，常用的電氣系統(tǒng)如圖1所示，主要由無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、蓄電池、其它耗電器件、控制電路、電池充電電路等構(gòu)成，其中無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊待機電流很小，而在數(shù)據(jù)收發(fā)時需要的供電電流相對待機電流要大很多，以GSM/GPRS模塊為例:正常待機情況下無線GSM/GPRS模塊需要的供電電流僅為幾十毫安，但在發(fā)送數(shù)據(jù)時，無線GSM/GPRS模塊需要的突發(fā)電流能達到2A左右，造成較大的電壓跌落，若超過GSM/GPRS模塊正常工作所允許的電壓跌落范圍，將導(dǎo)致GSM/GPRS模塊不能正常工作，并因此降低了蓄電池的利用效會K。
[0003]目前，無線數(shù)據(jù)傳輸裝置絕大部分采用一組蓄電池，其既要負責提供其它耗電器件(如采集模塊、傳感器等)的能量，又要負責提供無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時瞬間大功率的能量。在應(yīng)用實踐中，這種方案暴露出很大的問題。無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和其它耗電器件不同用電特性對蓄電池性能要求差異很大:無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊要求蓄電池放電倍率性能優(yōu)異，而其它耗電器件則要求蓄電池具備一定容量即可、倍率性能要求不高，這種情況導(dǎo)致蓄電池為滿足數(shù)據(jù)收發(fā)所需的瞬態(tài)大功率，不得不“超量配置”，使電池占用空間較大，造成資源浪費，而且也不經(jīng)濟。
[0004]為此，有人提出在蓄電池兩端并聯(lián)超級電容的方式來共同為無線數(shù)據(jù)傳輸裝置供電，雖然這種方案在一定程度上延長了蓄電池的使用壽命，但是蓄電池還是要承擔功率型用電單元的供電任務(wù)，并沒有從根本上解決蓄電池為功率型用電單元供電導(dǎo)致對蓄電池電流沖擊大，造成蓄電池壽命降低等問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)及供電方法，以解決目前采用蓄電池為無線收發(fā)模塊提供電能導(dǎo)致蓄電池“超量配置”以及易受到大電流沖擊影響壽命的問題。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)，包括無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、控制電路和除無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊外的其它耗電器件，該電氣系統(tǒng)還包括能量單元和功率單元，功率單元輸出端供電連接無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，能量單元輸出端供電連接除無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊外的其它耗電器件，能量單元和功率單元輸出端之間連接有隔離單元，所述隔離單元用于在功率單元給無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電時，斷開功率單元與能量單元的電流通路，僅由功率單元為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電，所述的能量單元為儲能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲能器件。
[0007]所述的隔離單元為開關(guān)管、接觸器或繼電器。
[0008]所述的隔離單元還包括控制模塊，所述的控制模塊包括控制接口和第一檢測接口，所述第一檢測接口用于檢測無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊是否收發(fā)數(shù)據(jù)，所述控制接口用于在第一檢測接口檢測到無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊收發(fā)數(shù)據(jù)時，斷開功率單元與能量單元的電氣連接。
[0009]所述的控制電路還包括用于檢測功率單元電量是否充足的第二檢測接口，當?shù)谝粰z測接口檢測到無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊不收發(fā)數(shù)據(jù)且第二檢測接口檢測到功率單元電量不足時，功率單元與能量單元通過隔離單元并接，否則不并接。
[0010]所述的功率單元為超級電容器單體、通過超級電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列。
[0011 ] 所述的能量單元為鉛酸電池、鎳氫電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元電池和鈦酸鋰電池中的任意一種。
[0012]本發(fā)明還提供了一種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)的供電方法，該方法將無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的用電設(shè)備根據(jù)功率特性進行區(qū)分，分為功率型用電單元即無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和非功率型用電單元即除無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊外的其它耗電器件，無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊由功率單元供電，除無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊外的其它耗電器件由能量單元供電，功率單元和能量單元之間通過隔離單元進行電氣隔離，在功率單元為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電時，由隔離單元斷開功率單元與能量單元的連接，由功率單元單獨為功率型用電單元供電，所述的功率單元為高倍率放電的儲能器件。
[0013]所述的隔離單元連接在能量單元和功率單元輸出端之間。
[0014]當無線收發(fā)模塊不工作時，由隔離單元判斷功率單元電量是否充足，若電量不足時，功率單元與能量單元通過隔離單元并接，否則不并接。
[0015]所述的功率單元為超級電容器單體、通過超級電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)用組合式超級電池提供電能，組合式超級電池包括能量單元和功率單元，能量單元和功率單元輸出端之間連接有隔離單元，能量單元輸出端供電連接除無線收發(fā)模塊外的耗電器件，功率單元輸出端供電連接無線收發(fā)模塊，隔離單元用于在功率單元為無線收發(fā)模塊供電時，斷開功率單元與能量單元的電流通路，能量單元為儲能器件，功率單元為能夠高倍率放電的儲能器件。本發(fā)明通過僅采用組合式超級電池中的功率單元為無線收發(fā)模塊供電，防止因蓄電池過度放電導(dǎo)致無線收發(fā)模塊不能工作，影響無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的正常工作，能量單元不再承擔瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，不會出現(xiàn)瞬時較大電壓降的情況，保證了無線數(shù)據(jù)傳輸裝置能夠穩(wěn)定工作，減少了用電負載因電能質(zhì)量不穩(wěn)造成的損壞。
【附圖說明】
[0017]圖1是傳統(tǒng)無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2是本發(fā)明無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖3是本發(fā)明無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖4是本發(fā)明無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)所采用的隔離單元結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的說明。
[0022]本發(fā)明的一種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)的實施例
[0023]無線數(shù)據(jù)傳輸裝置在數(shù)據(jù)傳輸過程中，無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊作為功率型用電單元，在數(shù)據(jù)收發(fā)時需要瞬態(tài)大功率，本發(fā)明采用功率單元為其供電。在同一電氣系統(tǒng)中，功率型用電單元與非功率型用電單元是相對的概念，功率型用電單元具備持續(xù)用電時間短(小于I分鐘)、大功率(額定電流一般在幾十毫安以上)的用電特征，在無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)中，無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊就是該電氣系統(tǒng)中的功率型用電單元;非功率型用電單元具備持續(xù)用電時間可長可短、小功率(額定電流一般在幾十毫安以下)的用電特征，在無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)中，采集模塊、傳感器等均為該電氣系統(tǒng)中的能量型用電單元。
[0024]下面以一種具體的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)為例來進行說明。本實施例中的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)，如圖2和3所示，包括電池充電電路7、無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1、其它耗電器件6和組合式超級電池，組合式超級電池包括功率單元4、隔離單元3和能量單元5，隔離單元3連接在能量單元和功率單元輸出端之間，能量單元5輸出端供電連接其它耗電器件6，功率單元4輸出端通過控制電路2供電連接無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊I，能量單元5輸出端還連接有電池充電電路7，電池充電電路7用于實現(xiàn)對能量單元5充電。當無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊I收發(fā)數(shù)據(jù)時，功率單元4與能量單元5之間的電流通路通過隔離單元3斷開，控制電路2導(dǎo)通，僅由功率單元4為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊I供電，其它耗電器件6由能量單元5供電。當無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊I不收發(fā)數(shù)據(jù)時，由能量單元5為其它耗電器件6提供電能，同時隔離單元3判斷功率單元4電量是否充足，若電量不足時，功率單元4與能量單元5通過隔離單元3并接，否則不并接。當能量單元5電量不足時，通過電池充電電路7給能量單元5充電。
[0025]可見本電氣系統(tǒng)中的能量單元5不再承擔瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，只負責小功率負載的持續(xù)供能，能量單元不會出現(xiàn)瞬時較大電壓降的情況，保證了無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)能夠穩(wěn)定輸出，且能量單元不受大電流沖擊損壞，壽命更長，避免能量單元被“過早”判廢，造成浪費。能量單元可根據(jù)其它耗電器件的能量要求配置容量，適當減小了其體積和重量，在選型配置上實現(xiàn)“瘦身”從而節(jié)約資源、減少環(huán)境污染;僅依靠功率單元為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電，使無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的供電質(zhì)量更好，防止因能量單元放電過度導(dǎo)致無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊不能工作的情況。
[0026]功率單元4可以是超級電容器單體、由超級電容器單體通過串并聯(lián)組成的模塊，或者傳統(tǒng)電容器陣列，如圖2所示。功率單元4也可采用倍率性能及低溫性能優(yōu)異的儲能器件，如圖3所示，儲能器件可為具備高倍率放電特性蓄電池，比如鋰離子電池(磷酸鐵鋰系、三元系、錳酸鋰系、鈦酸鋰系等)和卷繞式高倍率鉛酸電池，也可以是低溫高倍率鋰電池和低溫高倍率鉛酸電池。能量單元5可以是鉛酸電池，也可以是鎳氫電池，還可以是錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元電池、鈦酸鋰電池等其中的任意一種。功率單元存儲能量比能量單元存儲能量小很多，但充放電效率和功率特性又高很多。
[0027]隔離單元具有控制功能，能夠根據(jù)功率型用電單元啟動實現(xiàn)能量單元與功率單元的隔離。本發(fā)明的隔離單元為開關(guān)管、接觸器或繼電器，包括有控制模塊，控制模塊上設(shè)置有控制接口和第一檢測接口，第一檢測接口用于檢測無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊是否收發(fā)數(shù)據(jù)，控制接口用于在第一檢測接口檢測到無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊收發(fā)數(shù)據(jù)時，斷開功率單元與能量單元的電氣連接;控制模塊還設(shè)置有用于檢測功率單元電量是否充足的第二檢測接口。當?shù)谝粰z測接口檢測到無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊不收發(fā)數(shù)據(jù)且第二檢測接口檢測到功率單元電量是不足時，功率單元與能量單元通過隔離單元并接，否則由隔離單元斷開功率單元與能量單元的連接。本發(fā)明所采用的隔離單元還可采用手動開關(guān)的實現(xiàn)方式，通過手動開關(guān)實現(xiàn)功率單元和能量單元的隔離。
[0028]此外，根據(jù)需要，瞬態(tài)動力功率補償器還包括外圍電路，該外圍電路包括與功率單元連接的檢測電路、保護及均衡電路和管理及顯示模塊，如圖4所示，通過檢測電路實時檢測功率單元的電量，通過保護及均衡電路實現(xiàn)功率單元的均衡保護、充電保護、放電保護、過壓保護、欠壓保護、過流保護、過溫保護和短路保護功能等，通過管理及顯示模塊實現(xiàn)對功率單元的管理和參數(shù)顯示。檢測電路、保護及均衡電路和管理及顯示模塊可根據(jù)需要實現(xiàn)的功能進行設(shè)計，各功能電路的實現(xiàn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言屬于常規(guī)技術(shù)手段，這里不再給出具體的電路說明。
[0029]本發(fā)明的一種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)供電方法的實施例
[0030]本實施例供電方法針對的是無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)，該方法將無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的用電設(shè)備根據(jù)功率特性進行區(qū)分，分為功率型用電單元和非功率型用電單元，本實施例中功率型用電單元指的是無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，非功率型用電單元指的是除無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊之外的其它耗電器件。該電氣系統(tǒng)采用由功率單元、隔離單元和能量單元構(gòu)成的組合式超級電池供電，功率型用電單元(無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊)僅由功率單元供電，當無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊收發(fā)數(shù)據(jù)時，功率單元與能量單元的電氣連接通過隔離單元斷開，只采用功率單元為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電；非功率型用電單元(其它耗電器件)由與瞬態(tài)動力功率補償器并聯(lián)的能量單元供電。
[0031]該方法針對系統(tǒng)實施例中電氣系統(tǒng)的供電過程如下:當無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊I收發(fā)數(shù)據(jù)時，功率單元4與能量單元5之間的電流通路已經(jīng)通過隔離單元3斷開，控制電路2導(dǎo)通，僅由功率單元4為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊I供電；當無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊I不收發(fā)數(shù)據(jù)時，由能量單元5為其它耗電器件6供電，同時隔離單元3判斷功率單元4電量是否充足，若不足，則能量單元5通過隔離單元3與功率單元4并接，若電量充足，則不并接。當能量單元5電量不足時，通過電池充電電路7給能量單元5充電。
[0032]本發(fā)明無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)采用組合式超級電池為其提供能量，利用組合式超級電池的功率單元為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊提供電能，使能量單元不再承擔瞬態(tài)大功率作業(yè)任務(wù)，能量單元只負責小功率負載的持續(xù)供能，避免了能量單元受大電流沖擊，可有效提高其使用壽命。同時，在能量單元選型配置上可以“瘦身”，實現(xiàn)小型化、輕量化。此外，功率單元僅用于為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電。隔離單元具備防反充功能，任何時候功率單元都不能向能量單元放電，對功率單元有一定的保護作用。同時依靠本發(fā)明的瞬態(tài)動力功率補償器為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電，無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電質(zhì)量更好，尤其是低溫性能更好，能量單元不會出現(xiàn)瞬時較大電壓降的情況，保證無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，減少非功率型用電單元因電能質(zhì)量不穩(wěn)造成的損壞。
【主權(quán)項】
1.一種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)，包括無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、控制電路和除無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊外的其它耗電器件，其特征在于，該電氣系統(tǒng)還包括能量單元和功率單元，功率單元輸出端供電連接無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，能量單元輸出端供電連接除無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊外的其它耗電器件，能量單元和功率單元輸出端之間連接有隔離單元，所述隔離單元用于在功率單元給無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電時，斷開功率單元與能量單元的電流通路，僅由功率單元為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電，所述的能量單元為儲能器件，所述的功率單元為高倍率放電的儲能器件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的隔離單元為開關(guān)管、接觸器或繼電器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的隔離單元還包括控制模塊，所述的控制模塊包括控制接口和第一檢測接口，所述第一檢測接口用于檢測無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊是否收發(fā)數(shù)據(jù)，所述控制接口用于在第一檢測接口檢測到無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊收發(fā)數(shù)據(jù)時，斷開功率單元與能量單元的電氣連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制電路還包括用于檢測功率單元電量是否充足的第二檢測接口，當?shù)谝粰z測接口檢測到無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊不收發(fā)數(shù)據(jù)且第二檢測接口檢測到功率單元電量不足時，功率單元與能量單元通過隔離單元并接，否則不并接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的功率單元為超級電容器單體、通過超級電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述的能量單元為鉛酸電池、鎳氫電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、三元電池和鈦酸鋰電池中的任意一種。7.—種無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)的供電方法，其特征在于，該方法將無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的用電設(shè)備根據(jù)功率特性進行區(qū)分，分為功率型用電單元即無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和非功率型用電單元即除無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊外的其它耗電器件，無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊由功率單元供電，除無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊外的其它耗電器件由能量單元供電，功率單元和能量單元之間通過隔離單元進行電氣隔離，在功率單元為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊供電時，由隔離單元斷開功率單元與能量單元的連接，由功率單元單獨為功率型用電單元供電，所述的功率單元為高倍率放電的儲能器件。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)的供電方法，其特征在于，所述的隔離單元連接在能量單元和功率單元輸出端之間。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)的供電方法，其特征在于，當無線收發(fā)模塊不工作時，由隔離單元判斷功率單元電量是否充足，若電量不足時，功率單元與能量單元通過隔離單元并接，否則不并接。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置電氣系統(tǒng)的供電方法，其特征在于，所述的功率單元為超級電容器單體、通過超級電容器單體串并聯(lián)組成的模塊或者電容器陣列。
【文檔編號】H02J7/34GK106059035SQ201610546112
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】莊淑君, 孫藝嘉, 路永廣, 李遠鋒, 梁亞麗
【申請人】洛陽尹太科智能科技有限公司