[發明專利]由具有集成開關模塊的環境能源供電的無線建筑傳感器

在審

• 申請號: 201880079250.5
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN111448740A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: D.I.阿赫麥德;T.塔斯努瓦;M.麥肯齊
• 申請（專利權）人: 施耐德電氣美國股份有限公司
• 主分類號: H02J50/20
• 分類號: H02J50/20;H02J7/00;G06F1/3203;G05B13/02;G05B19/042;H02J50/27;H04W4/33;G01J1/42
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 邸萬奎

一種無電池傳感器設備包括感測環境條件的傳感器、電源系統、存儲器、通信設備和處理器。該電源系統包括：能量收集設備，用于從環境能源中收集能量來為傳感器設備的一個或多個組件供電；和能量存儲設備，用于存儲收集的能量。該存儲器存儲由傳感器感測的與環境條件相關聯的傳感器數據。該通信設備將傳感器數據發送到BMS或遠程設備。該處理器被配置為根據來自環境能源的能量的可用性和/或傳感器設備的一個或多個組件的能耗需求，從環境能源中動態地選擇一個或多個能源來為傳感器設備的一個或多個組件供電，并且控制對一個或多個組件的電力的供應。

技術領域

本公開涉及一種使用環境能源供電的傳感器設備。

背景技術

包括工廠在內的商業建筑越來越需要更加節能和可持續。為了提高這種建筑的能效和管理，可以將建筑管理系統(building management system，BMS) 用于控制和監測建筑中的各個方面或系統(或服務)，包括環境系統、安全系統、電力系統、照明系統或建筑中使用的其他系統。BMS可以包括鏈接在一起的硬件組件和軟件組件，并且被配置為使用從傳感器獲得的信息來監測和控制建筑系統和環境。傳感器可以收集相關的環境參數，這些參數可以包括建筑中的大氣條件(諸如溫度、壓力、濕度、二氧化碳含量等)、照明條件(諸如建筑中的區域或房間的亮度)、建筑中的運動或活動、建筑中某些區域或裝備的能量使用或故障、和/或用于促使建筑中各種系統高效使用能量的任何其他參數。

例如，BMS可以調節環境參數，諸如溫度、濕度、二氧化碳含量和氧氣含量。BMS可以使用溫度測量來確定對建筑環境系統(諸如HVAC系統) 的加熱和冷卻功能的調整。類似地，BMS可以使用濕度和二氧化碳含量測量來確定是否吸入新鮮空氣以及吸入的速率。BMS可以被配置為在優化能效、乘客舒適度或特定設定所需參數(諸如敏感裝備的工作范圍)的同時進行操作。例如，BMS可以監測二氧化碳的水平，并且混合新鮮的室外空氣和室內空氣以增加氧氣量，同時也最小化加熱和冷卻損失。

可以將具有無線通信能力的傳感器用于(尤其是從建筑中難以接近的位置或建筑中的設備)監測、跟蹤數據并將其中繼到BMS。然而，當放置在這些位置時，使用建筑的電氣系統為傳感器供電可能是不可能或不可行的。相反，傳感器由電池供電。然而，傳感器位置的不可接近性可能使得服務人員難以接近和更換傳感器中的電池。此外，傳感器的位置可能使它們經受惡劣的環境條件，諸如高溫、振動、電磁力、灰塵和污垢、雪等。因此，因電池故障或長時間暴露在惡劣環境條件下而導致的傳感器損壞或故障會給企業運營、安全和環境帶來苛刻的成本。

發明內容

根據示例實施例，一種傳感器設備包括一個或多個傳感器、電源系統、存儲器、通信設備和一個或多個處理器。一個或多個傳感器感測一個或多個環境條件。電源系統包括：多個能量收集設備，諸如換能器，用于從多個環境能源收集能量來為傳感器設備的一個或多個組件供電；和能量存儲設備，用于存儲從能量收集設備收集的能量。存儲器存儲由一個或多個傳感器感測的與一個或多個環境條件相關聯的傳感器數據。通信設備諸如通過網絡將傳感器數據發送到遠程設備。一個或多個處理器被配置為根據來自環境能源的能量的可用性和/或傳感器設備的一個或多個組件的能耗需求，從環境能源中動態地選擇一個或多個能源來為傳感器設備的一個或多個組件供電，并且控制對傳感器設備的一個或多個組件的電力的供應。傳感器設備可以包括金字塔形外殼，以容納和保護傳感器設備的各種組件。

這種傳感器設備的設計和構造可以消除對電池的需求，從而解決與電池更換相關聯的問題，并且由于無電池設計而增加了環境和經濟效益。因此，傳感器設備可以完全由環境能量供電，以允許完全無電池(或無電池)的操作，這對于在危險區域(例如，高輻射、不安全條件等)中的部署是重要的。此外，這種傳感器設備可以被設計成在凈零(net-zero)能量模式下進行操作，凈零能量模式是更便宜的并且提供了節能的解決方案，特別是當這種傳感器設備被用于無線傳感器網絡中時。此外，傳感器設備的設計和構造可以顯著增加設備的預期壽命。