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TW201320526A - 照明系統 - Google Patents

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TW201320526A
TW201320526A TW101118650A TW101118650A TW201320526A TW 201320526 A TW201320526 A TW 201320526A TW 101118650 A TW101118650 A TW 101118650A TW 101118650 A TW101118650 A TW 101118650A TW 201320526 A TW201320526 A TW 201320526A
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TW
Taiwan
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power
assembly
controller
load
electrical
Prior art date
Application number
TW101118650A
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English (en)
Inventor
麥克 史考特 布朗李
Original Assignee
艾爾瓦系統公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

照明系統在峰值使用時間期間利用來自能量儲存器及/或替代能量源之電力來供電給一負載。在一情況中，一系列電池組經組態以提供任何所要電壓(例如，用於LED照明之12 V，及用於一風扇之一電動馬達之108 V DC)。

Description

照明系統 相關申請案的交叉參考
本申請案係2011年11月10日申請且題為「Lighting System」之美國申請案第13/294,174號之部分接續申請案，該申請案主張於2010年11月10日申請之美國臨時申請案第61/411,923號及於2010年11月10日申請之美國臨時申請案第61/411,924號之優先權。此等專利申請案中之每一者之內容的全文以引用之方式併入，如同在下文中完整地闡述。
對電力之增加的需求及對環境之關注已促成對滿足對電力的額外需求同時減少來自電力產生源之污染的問題之數個創新性解決方案。管制機構已增加在峰值需求時段期間之電力費用以刺激創造性設計來減少對電力之需求及/或更好地利用可用電力。在各種情況中，本發明提供對可用電力之更經濟使用，且因此提供對環境之有利影響。
提供如本文中所描述之各種組件、系統、子系統及方法。能量儲存器可併入至電組件、系統、子系統及方法中以提供各種時間之更經濟操作。一較佳系統具有至少一DC負載，且較佳具有具不同電壓及/或電流要求之一個以上DC負載。
在一情況中，一系統將在離峰時期產生之電網電力儲存於電能儲存系統中，且該系統在電網所提供之電力之費用 較高的時間期間(諸如，在工作日內之峰值能量使用時段期間)使用該所儲存之能量。一或多個替代能量源亦可用以對該電能儲存系統充電、供應該系統內之電力，或兩者皆可。
該系統通常經組態以具有來自一本地電網之電源供應器以及至少一能量儲存系統。除該(該等)能量儲存系統之外或代替該能量儲存系統，該系統可具有至少一替代能量源。
該系統可將AC或DC電力輸出提供至一負載。較佳地，存在至少一DC負載，且因此存在至少一DC電力輸出。該AC電力及DC電力可與自該電網或其他電源接收之AC電力及DC電力相同，或該AC電力及DC電力可在(例如)電壓及/或電流方面不同於該電源。較佳地，該一或多個DC負載係選自固態照明、風扇馬達、空氣調節馬達、家用或商用DC電氣設備(例如，DC供電微波爐、用於HVAC系統之電加熱器或空間加熱器、電熱水器、烘箱、冰箱、洗衣機及乾洗機、真空動力式及其他動力式室內清潔器)、諸如電腦及相關周邊裝置、伺服器群之電子器件、諸如TV音響系統、DVR、電影播放器之家用電子器件及其他設備。
在許多情況中，將存在一個以上DC負載，且第一DC負載之電壓及/或電流要求可不同於第二DC負載之電壓及/或電流要求。系統及其相關聯之控制器提供向每一DC負載供應各別DC負載所需電力的能力。
舉例而言，由電化學電池組成之能量儲存系統在能夠供 應具有適當電壓及電流之電力方面提供靈活性。個別電池或電池群組可切換成串聯或並聯操作以滿足特定電壓及電流要求。
因為諸如發光二極體燈之某些DC負載需要比其前驅燈(predecessor lamp)少之電力，所以此等類型之DC負載尤其可利用裝配於標準電外罩內、標準電外罩上或標準電外罩附近或裝配為負載之部分(例如，作為LED燈之部分)的諸如電池組之能量儲存系統。此種配置允許常見可再充電電池組在峰值能量消耗時段期間供電給負載，從而減少在峰值時段期間之電需求且因此避免自電廠之額外發射，原本將需要該額外發射以在峰值使用時段期間供應額外電力。
各種電路及組件與此等系統相關聯。在一情況中，一系統具有一控制器，該控制器經組態以基於複數個電力源中之哪一者當時最低廉而自該等電力源選擇一電力源。如此系統中所使用之控制器可如剛才所描述而組態，且可視情況具有防止過充電、由於電力異常之損壞、由於熱之損壞及/或由於熱或電過載之損壞的額外組件。
如本文中所提供之電控制件可具有一本體，該本體具有之尺寸適配於如在家庭及辦公室中常見之佈線系統中所見的建築工業標準電控制件外罩內。因此，該本體具有之尺寸可適配於一建築結構之壁內的佈線接面內或適配至該等佈線接面。該電控制件亦可具有定位於該本體之邊界內的一AC至DC轉換器。該本體亦可具有適合於自至少一標準建築AC電力源供應有線電力之第一電連接器及選自以下 兩者之第二電連接器的至少一第二集合：a.適合於將DC輸出電力供應至標準建築AC電佈線(代替來自標準建築AC電力源且連接至一或多個DC供電器件之佈線)中之電連接器，及b.適合於使DC輸出電力供電給一或多個DC供電器件且控制該一或多個DC供電器件之電連接器。
該電控制件亦可包括至一能量儲存系統之連接器，且較佳地，該能量儲存系統包含裝配於該本體內及/或該本體上之可再充電電池組。該電控制件可視情況自我監視，且受保護以免受所供應之AC電力中的異常以及熱及電過載條件。
該電控制件亦可包括一信號產生器，該信號產生器經組態以在該DC輸出電力中提供資訊以啟用人類或機器互動以實現來自DC供電器件之複數個結果。
如藉由本發明提供之各種組態允許如本文中所描述之控制器及相關聯的設備被修整成當前將AC電力提供至設備的常見開關盒、接線盒及其他工業標準外罩。此等開關盒及其他外罩現可替代地收容如本文中提供之用於(例如)LED或螢光照明、更有效DC馬達之使用、控制等的控制器及視情況選用的相關聯設備。在一態樣中，本發明因此可將AC至DC電力配接器及選用之數位控制件整合至在標準外殼內或替換標準外殼之電氣設備控制件中。此等組態使得能夠容易地、低費用地修整現有佈線，且易於向較舊建築物提供較新技術之益處。
在一情況中，本發明因此允許(例如)針對本文中提供之具有整合至開關中之控制器的一標準配電盒簡單地改變該標準配電盒中之開關，或替代地使用經設計以裝配於遵照建築標準且擰入於新開關、燈泡或其他器件中之外罩內的一完全整合式電子控制件外罩，以實現DC電力及控制之益處。佈線架構、程序及過程可保持極接近於現有舊式AC系統。
由控制器或系統供應之電壓、電力及信號可藉由若干方法加以組態。可提供具有電壓預設值之旋轉式DIP或滑動開關，尤其是裝配於如在標準佈線應用中所見之諸如燈開關盒、接線盒或其他外罩之標準電控制件外罩內的開關。
使用如上文所描述之控制器之系統可具有至諸如市政電力網之標準電網之連接作為一電力源，對於該連接，電力之費用隨時間而變化。除電網電力之外或代替電網電力可使用之另一電力源為至控制器可選擇作為電源的能量儲存系統(例如，一系列電池組)之連接。可供上文所提及之電源中之任一者或兩者使用的第三電力源為至替代電能量源(例如，光伏打嵌板)之連接。
因此，系統可具有經組態以自電網電力及至少一替代能量源中進行選擇之控制器。系統可具有經組態以自電網電力及至少一能量儲存系統中進行選擇之控制器。系統可具有經組態以自電網電力、至少一能量儲存系統及至少一替代能量源中進行選擇之控制器。系統可具有經組態以自至 少一能量儲存系統及至少一替代能量源中進行選擇之控制器。
詳言之，控制器可經組態以評估何時自一電力源切換至另一電力源及/或經組態以接收指令以自一電力源切換至另一電力源。在控制器經組態以決定何時自一電力源切換至另一電力源時，程式化通常將考量自電網購買之電力的費用，且將該費用或表示或包括此費用之值與表示第二電力源(諸如，來自能量儲存器之電力及/或來自替代能量源之電力)的費用之值進行比較。控制器因此可評估在電力之費用增加以反映較高需求時段時將在營業日的某一時間使用來自能量儲存器之電力。控制器亦可能評估出電網電力之費用在一天之某一時間下降，且因此開始使用電網提供之電力來為能量儲存系統再充電。獲得最近費用資訊(尤其是在控制器直接自提供者獲得費用資訊之情況中)之能力允許控制器最佳化電力之使用。代替在決定中直接使用費用資訊，此等改變將發生之時間將藉由經營者程式化至控制器中，或電網提供者可將信號提供至控制器，從而指示費用何時增加或降低。控制器亦可經組態以利用電力之費用或諸如光伏打嵌板之替代能量源的代用者，且結合電網電力及來自能量儲存器的電力中之任一者或兩者或代替電網電力及來自能量儲存器的電力中之任一者或兩者使用來自嵌板之電力。經營者可向控制器提供來自設備之任何數目個零件的關於使用哪一能量源及/或能量費用之資訊，設備之該等零件諸如指示將使用哪一能量源之壁式開 關、經營者可藉以輸入費用資料或指示控制器改變電力源的觸控板，及經由電線或無線地與控制器通信且下指令給控制器之手持型或其他攜帶型器件。
控制器可為諸如積體電路(例如，ASIC)之單一晶片、單一印刷電路板或經由電線及/或無線地彼此通信之複數個印刷電路板上之複數個晶片。控制器可被分離成包括自電流轉換器、主控制器及負載控制器中選擇之至少一者的各種電路。
電流轉換器可將交流循環電轉換成直流電。或者，電流轉換器可將AC電力轉換成具有不同電壓之AC電力，且同樣地，電流轉換器可將DC電力轉換成具有不同電壓之DC電力。電流轉換器可換流DC電力以提供AC電力。較佳地，電流轉換器將AC電力轉換成DC電力。
主控制器可經組態以執行數個其他功能。主控制器可經組態以將脈衝式信號添加至控制器所接收之電信號。脈衝式信號可提供具有一或多個所要電壓之週期性脈衝之脈衝式DC電力。主控制器因此可調變放大器、工作時間及DC信號之作用時間循環。控制器可提供恆定或不斷改變的電壓之脈衝式DC及/或非脈衝式DC。主控制器亦可或代替地藉由脈衝化電信號之部分而於電信號上編碼資訊。因此，主控制器可將資訊編碼至保持於最高電壓處之脈衝式信號部分、保持於最低電壓處之脈衝式信號部分、保持於最高電壓與最低電壓之間的基準電壓處之脈衝式信號部分或此等部分之任何組合中。主控制器可單獨地或與上述編碼方 法中之任一者或方法之組合相組合地將脈衝編碼於脈衝式信號的電壓正增加之部分或電壓正降低之部分中。控制器可具有作為主控制器之部分的脈寬調變器，或脈寬調變器可與主控制器分離但由該主控制器控制。
控制器可連接至包括或不包括能量儲存系統之DC負載。DC負載可為諸如LED燈之一個或複數個燈，其具有充足照亮以照亮商業區中之工作地點、家庭區域、房屋或商業區外之區域、街道、標牌或另一地點，該地點需要產生比(例如)如可在諸如電話、電腦、音訊組件或系統或其他此種電氣設備之電子器件中所見的指示燈更亮之照亮之LED燈。舉例而言，DC負載可為連接至空氣調節系統或風扇之馬達。
電控制器可監視且保護自身以免受所供應之AC電力中的異常以及熱及電過載條件。AC電力可具有過電壓及欠壓條件。環境及過載本發明可導致安全故障模式保護情形。本發明可實施閘流體、熱磁、熔絲、聚合正溫度係數器件(PPTC)、斷路器及其他保護技術以達成保護以免受此等危險。
控制器可經組態以基於來自第一源之電力的費用及來自第二源之電力的可用性而自一電力源切換至另一電力源。舉例而言，控制器可獲得關於在一時刻來自電力網之電力之費用的資訊，且評估是否使用來自至少一能量儲存系統及/或至少一替代能量源之電力。控制器可獲得自諸如觸控螢幕之輸入螢幕輸入的關於在一天及/或一週之各種時 間的費用之資訊。控制器可經由網際網路連接或經由智慧型電網週期性地或按需要獲得關於來自電網電力之提供者之電力的費用之資訊。控制器可(例如)自電腦記憶體或自基於能量儲存源之資本費用及預期壽命的計算而獲得關於來自能量儲存源之電力之費用的資訊。控制器可自智慧型電網或指示電網能量之費用的另一組件接收信號或接收指令以切換至較低廉電力源而非獲得關於費用之資訊。
控制器可經組態以將能量儲存系統之能量儲存組件的第一集合切換至將電力提供至負載，而能量儲存系統之能量儲存組件中的其他者未承擔負載，且繼續充電或者保持無負載。控制器可經組態以將能量儲存組件之第一集合切換至將電力提供至第一負載，且將能量儲存組件之第二集合切換至將電力提供至第二負載。此情形在第一負載與第二負載具有不同電壓及/或電流要求時尤其有用。
舉例而言，一負載可要求諸如12 V DC之第一電壓，且另一負載可要求諸如48 V DC之第二電壓。一系列能量儲存組件可經組態以具有開關，使得能量儲存組件之第一子集提供第一電壓，且能量儲存組件之第二子集提供第二電壓。
本發明可按需要按比例調整；例如，4瓦特DC供電LED燈可需求12 V dc，而電力可在48 V dc可用，在此狀況中，電池組之容量與產生48 V dc以為12,000瓦特空氣處置(HVAC)系統供電之太陽能陣列相比較可略小。電池組之小的大小允許將電池組置放於非習知位置中，諸如置放於 與負載(例如，壁式開關、燈開關及供插入燈泡之燈具、接線盒、斷路器盒)相關聯之標準電外罩內或置放於該等標準電外罩上。
電儲存系統可變化，且本文中之本發明實例將使用廣泛可用之標準異質材料電池組技術，諸如鹼、鉛酸、鎳鋅、鎳鎘等。
下文中描述說明系統之各種組態以幫助理解本發明之某些態樣。
圖1揭示諸如電池組之能量儲存組件之一可能組態。圖中所描繪之每一電池組為N伏特電池組(例如，6 V電池組)，且串聯連接x個電池組以提供N×x伏特電壓。在所展示之實例中，每一電池組為6 V電池組，且8個電池組串聯以提供48 V DC。開關控制具有超過48 V DC之電壓的電力源以為電池組充電。如所描繪，提供一系列導體及開關以使得12 V DC之任何遞增可用於負載(圖中右邊描繪之12 V DC電池組)。舉例而言，開關可為絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)。按來自(例如)出於清楚起見未展示之負載控制器之需求，最左開關閉合，此情形呈現跨所有8個電池組之48 V dc(且在需要時為該等電池組充電)。
按來自該控制器之需求，以上48 V開關斷開，且在48 V電池組群右邊的開關閉合以將12 V呈現給電池組(且現出於清楚起見亦展示該電池組之負載)。此等開關斷開及閉合之速度、時序等可按需要處於高或低速度。
此外，存在以上文所描述之相同方式可用的其他電壓。 只要在需要6 V需求時12 V及48 V開關斷開，即可經由相同實踐產生6 V。
如圖1中所描繪之系統可經組態以將電力提供至多個負載。舉例而言，開關可經設定以將第一電壓(例如，12 V)提供至第一負載之導體之第一集合，且將第二電壓(例如，24 V)提供至第二負載之導體之第二集合。可擴展此相同概念以產生N伏特(在圖中，每一電池組為6 V)之任何倍數直至N×x伏特(例如，48 V，因此6 V、12 V、18 V、24 V、30 V、36 V、42 V轉換在所描繪之系統中為可能的)。出於實際目的，將更喜歡平衡電池組上之負載以等化放電率。在此實例中亦值得注意的是，降壓源將一起具有較高電流容量。
圖2及圖3說明可形成控制器之部分的兩個充電電路。首先，假定電池組為空的，且經調節之DC電力尚未被施加至電路。在此條件中，繼電器位置將處於正常位置中。將經由VR1路徑對電晶體加偏壓，且繼電器將不啟動，此係因為電池組電壓不夠高。接著若連接DC供應，則電荷將流動至電池組。在此條件中之電壓仍不足以啟動電晶體，此係因為來自變壓器之電壓係不足夠的。電池組電壓將隨時間而增加，且在某一時刻，電壓Q1基極將足夠高以接通電晶體且啟動繼電器。在啟動繼電器之後，電池組與變壓器斷開，且電晶體將藉由電池組電壓而保持接通。亦可看出電晶體基極之偏壓路徑是否改變。在啟動繼電器之前，路徑為由VR1-VR2-R1-R2-R3組成之分壓器，且在啟動繼 電器之後，分壓器將為僅VR2-R1-R2-R3。此情形意謂在啟動繼電器以停止充電過程之後，藉由來自電池組之較強電壓對電晶體加偏壓，從而使得重新啟動充電之電壓點變得低於充電停止之點。此滯後行為可用於在電池組電壓略微低於電池組電壓停止充電之點時防止繼電器的不穩定切換。在無此滯後現象之情況中，在斷開繼電器之後，儘管只是小量，但電池組電壓將由於充電源斷開而立即降低，且此情形將使得繼電器振盪。
諸如電池組之能量儲存組件可設置於一位置中、分佈於電路或使用點，或兩者皆可。舉例而言，一組電池組可串聯連接以提供跨越該系列電池組之末端端子的較高電位差。替代地或另外，一個小的可再充電電池組或一組可再充電電池組可定位於諸如收容燈開關或燈之外罩的標準電控制件外罩上、定位於該標準電控制件外罩附近或定位於該標準電控制件外罩內。照明燈具因此可含有一組電池組，該組電池組使得燈能夠在控制器由於電池組電力最低廉而將燈自電網電力或自替代能量源切換至電池組電力時依靠電池組電力操作。
作為實例，用於家用及商用LED照明之電池組可位於燈及燈具及/或壁式開關內，從而使得能夠在一天期間藉由電池組供電給此等光源。四個CR123A鋰電池組(各自為「A」電池組之大小的約2/3)或兩個CR5鋰電池組(通常用於相機中)可用以供電給6 W、8 W及10 W LED燈，從而分別產生約400、600及800流明。此等小電池組可供電給個別 燈歷時14個小時與45個小時之間的時段，從而允許在自電網購買之能量使用費用高的時段期間自單一的一組電池組供電給多個燈。
控制器可具有電路以使得能量儲存組件之第一集合將脈衝式DC電力信號提供至第一負載。替代地或另外，控制器可具有電路以使得能量儲存組件之第二集合將非脈衝式DC電力信號提供至第二負載。舉例而言，脈衝式DC電力信號可用以供電給其中LED在電路中以相反極性組態以使得一LED照明而另一LED熄滅之燈。舉例而言，第二非脈衝式DC電力信號可連接至為風扇或空氣調節器供電之DC馬達負載。
控制器可將第一脈衝式DC電力信號提供至第一負載，將第二脈衝式DC電力信號提供至第二負載，且將非脈衝式DC電力信號提供至第三負載。在除了(例如)風扇或空氣調節器之馬達外還控制兩個燈電路的情況中，此情形為有用的。控制器可切換電源(電網、能量儲存器及/或替代能量)中之任一者以提供此等電力信號中之任一者，使得所有電力信號來自能量儲存組件、所有電力信號來自至少一替代能量源，或所有電力信號來自電網電力。控制器亦可利用此等源中之兩者或兩者以上以提供電力信號。舉例而言，可供應來自能量儲存器之DC電力以使馬達運轉，且電網電力可用以供電給燈。
替代能量源包括地熱、風、太陽熱、光伏打、潮汐及並非自電網購買之其他能量源。AC或DC電力可由此等替代 能量源提供，且整流器可將AC電力轉換成DC電力。
建築工業標準電控制件外罩為在諸如辦公建築物或家庭之典型建築物內所見的電外罩。外罩可為用於諸如手動操作之燈開關之開關的外罩、電插座、燈外罩、用於操作馬達(諸如用於如在許多家庭及商業區中所見之建築物之空氣調節系統、風扇、風扇/燈組合的馬達)的繼電器盒、接線盒、斷路器嵌板或其他工業標準電控制件外罩。
在如圖5中所描繪之一種情況中，具有電池組之控制器電路給予燈能量。實例燈使用LED(發光二極體)來產生光。此LED燈包括結合下文列出之另一發明而起作用的電儲存電池組。
將來自控制件(切換器、調光器等)之能量供應給燈，該控制件經啟用以回應於電力中斷及DR需求回應信號及/或經程式化以將電負載移位至非峰值能量時段。此系統亦可使用部分電池組電力及/或與對燈進行調光相組合以延長電池組電力且同時減少能量使用。
系統耦接至電池組(電能儲存器件)，其中管理自控制件發送至燈之能量以達成照明度之任何組合及/或在電池組(或電池組群)中儲存能量。
此外，此燈及控制件可經配置以使得燈之電池組操作亦供電或部分供電給為控制件，以使得(例如)調光器仍可與燈一起起作用同時藉由燈自身供電(或部分供電)。
在下文之描述中，出於清楚起見限制實例。熟習此項技術者將認識到實現所描述之本發明的目的之許多替代者。 舉例而言，替代供電給一個燈，可供電給許多燈。此外，熟習此項技術者將認識到，所展示之開關可用多種電晶體、IGBT、複合晶體管(Darlington)及達成實質上類似功能的其他切換組件來替換。
在圖5中，「PS」為具有微控制器及/或處理器之AC至DC電源供應器。
「Contr」為可為脈寬調變電路或電流控制電路之控制器調光電路，脈寬調變電路或電流控制電路包括用以支援本發明功能之微控制器及/或處理器或以其他方式通信之命令器件。
「V reg」為用於管理電池組之電壓調節器。
「sw B」為取決於操作而可為離散的或為另一組件之部分或不存在之開關：PS與主電源AC通信，且視情況與無線(或有線)建築物電系統通信。
PS/Contr可感測主電源AC之損失且遞送適當回應，諸如將光位準調暗、使光消隱及/或顯示剩餘電池組壽命。
PS能夠經由外部電池組供電給PS之微控制器及/或處理器，使得在建築物損失電力之狀況中，燈可藉由閉合sw B來加以控制。
在存在來自具有PS/Contr控制器件之建築物用電系統及/或負載移位程式之需求回應信號的狀況中，系統藉由使用電池組來供電給照明系統及/或自主電源AC循環至電池組以達成運轉時間減少或功率降低至最大所推薦電力，來使 電力能耗降低至最小位準。
在後一狀況中，系統亦可監視經由電池組等之總電力輸出，以在必要時循環電力能耗以維持電池組健康及/或光位準。最大推薦電力可經預程式化或自DR信號解譯。
或者，燈可經調光，或其他信號可由人類辨識以便使用者知曉系統已實施電力節省方案。
圖6說明具有經組態以自電網AC及能量儲存器(諸如，電池組系統)中進行選擇的控制器之系統。在圖6中，「PS」為具有微控制器及/或處理器之AC至DC電源供應器。
「Contr」為具有脈寬調變或電流控制之調光解決方案的控制器。
「V reg」為用於管理電池組之電壓調節器。
「sw C、D及E」為可為離散的或為另一組件之部分的開關。
「μ C」指示用以支援本發明功能之微控制器及/或處理器或以其他方式通信之命令器件。
操作：PS與μ C之組合與電源AC通信，且視情況與無線(或有線)建築用電系統以及μ C(與sw(開關)區域通信)通信。
PS能夠藉由使用電池組供電給照明系統來使電力能耗最小化至剛好將PWM信號遞送至所展示之電晶體所需要之位準。
在正常操作期間，sw C閉合，且sw E取決於可用電力及來自V reg電池組管理系統之需求而循環。
在存在來自具有PS/PWM控制器件之建築用電系統及/或負載移位程式之需求回應信號的狀況中，系統使電力能耗降低至驅動電晶體所必需之最小位準，使得電池組將會將所判定之電力量供應至照明系統。在此狀況中，sw C及sw E將斷開，且sw D將閉合，從而允許電池組將電力供應至燈及控制件。
在存在來自具有PS/Contr控制器件之建築用電系統及/或負載移位程式之需求回應信號的狀況中，系統藉由使用電池組供電給照明系統及/或自電源AC循環至電池組以達成運轉時間減少或功率降低至最大推薦電力，來使電力能耗降低至最小位準。
系統亦可監視經由電池組等之總電力輸出以在必要時循環電力能耗以維持電池組健康及/或光位準。或者，燈可經調光，電池組之剩餘時間或其他信號可由人類辨識以便使用者知曉系統已實施電力節省或電力損耗方案。
能量儲存系統可具有多個電池組、多個超電容器及/或超級電容器、多個飛輪儲存單元及/或其他多個能量儲存組件，諸如作為能量儲存系統之部分之此等組件。能量儲存系統可由不同類型之能量儲存組件(諸如，電池組與電容器之混合)構成。
一旦進行DC轉換，則通常但不必然為電池組之電力儲存器件可處於電路上之任何處。電池組可含於諸如收容燈開關或燈之外罩的標準電控制件外罩、自身供電器件(例如，可更換燈之部分)中或單獨作為離散組件。圖7說明標 準電控制件外罩之三個實例，亦即單開關盒、雙聯開關盒及三聯開關盒。標準實踐為經由電開關及插座之此等外罩投送電力。此等外罩存在多種大小及材料，其中典型實體尺寸由計劃內含物決定；單、雙聯、三聯、四聯及「群聯(gangable)」為常見的。群聯盒為一系列單開關盒、雙聯開關盒等之組合，且本發明可藉由連接呈此項技術中已知之並聯或串聯組態的多個電子控制件之輸出而實施於群聯盒中。在一情況中，控制器或控制器之組件及/或能量儲存器經設計以裝配於在全球建築物內所見之此等及類似標準配電盒內或代替該等標準配電盒。裝配於此等標準盒內或代替此等標準盒准許在建築物內之至DC電力的更靈活且易實現之轉換。
觸控螢幕為可偵測顯示區域內之觸摸之存在及位置的顯示器。本文中之觸摸通常指代藉由手指或手與器件之顯示器的接觸。觸控螢幕亦可感測諸如手寫筆之其他物件以用於定位更準確及詳細之命令。
觸控螢幕具有可用於定位螢幕上被觸摸位置之座標之多種技術。經編碼密鑰或以其他方式鍵入至此實施例中之複雜命令可開啟設定顯示，其中可選擇服務、顯示內容、輸出及其他功能性。
或者，服務、顯示內容、輸出及其他功能性可經由在AC佈線上或無線地與本發明通信而加以程式化。
AC電力及選用之有線命令輸入及DC輸出連接包括用於輸入電力及DC電力輸出連接之一或多個標準建築AC電 力。此實施例准許用於輸入之其他連接：有線資料連接，諸如網路佈線、類比或數位視訊及音訊輸入。無線輸入連接(未圖示)亦可供應多用途資料通信以補充或替代有線資料連接。此實施例中可用之電力及空間實現由機上程式化驅動或作為其他網路連接控制器或電腦之周邊裝置的多個功能及顯示選項。一或多個DC電力及控制件輸出可控制複數個連接之器件或電氣設備。
圖4呈現一實施例，其中本發明實施可程式化面板模組。可程式化面板模組可經由有線或無線通信加以程式化，且否則將具有機上程式化。面板可連同控制器一起含有經程式化之功能。面板亦可呈現人類及/或機器介面以用於DC輸出及對供電器件/電氣設備功能性之所要控制。程式化及功能性將經由介接面板與收容於外罩內之電子器件的標準化連接器而傳遞至收容於外罩內之AC至DC轉換器總成。一或多個輸出DC電力信號可具有嵌入式通信，諸如發送至受控器件之重疊脈衝式信號。以此方式，隨著將器件添加至供電電路或代替供電電路，簡單代替面板將增加新的功能性。一些實例：計時器/開關面板可藉由移除且代替面板而變成調光器/開關/計時器。至及自面板中之控制器之通信啟用控制件，且在啟用時，受控器件充當其他網路連接控制器或電腦之周邊裝置。
此電控制件之所有版本可具有選項以包括針對電壓、電力的經由開關之設定或經由電腦連接之程式化，及本文中提供之眾多燈具/器件所需要的其他輸出設定。
電控制件啟用人類或機器互動以實現來自供電器件(接通/斷開、調光器、場景等)之所要結果，藉由手動(觸摸)命令或其他遠端感測(RF、運動、示意動作、生物測定等)命令辨識發送之命令為可用的。
許多AC至DC轉換技術為可用的；切換電源供應器、變壓器、整流器及多個切換模式及線性電源供應器技術當前為可用的，且不斷開發出呈現更高電力且增加效率之較新技術。在本發明中可選擇此等技術來使用。
遠端有線或無線通信協定可與開關或器件通信。此等協定在當前技術中為熟知的，且不斷地開發出准許更快、更可靠且更低廉通信之改良。與本發明通信准許在遠端重組態輸出以及輸入。基於觸控之實施例尤其如此，但(例如)甚至基於開關之實施例亦可經重程式化以對多個接通-斷開循環作出回應以輸出各種照明情形及/或發送至主控器之安全警報的緊急信號。
供電電氣設備及器件之控制可藉由人類或機器經由人類觸摸、壓力感測、聲音辨識、示意動作辨識、運動偵測、面部辨識、其他生物測定感測、有線或無線電連通、觸控板及其他互動方法來實現。(觸控板為如在許多膝上型電腦上所見之游標控制件)。本發明可實施幾乎無窮的控制方法及所得動作。觸控螢幕將顯示器與觸控板之觸控相組合。觸控螢幕接著可顯示控制選項，且取決於呈現給使用者之任何數目個選項而執行命令。
可預想各種特定實施。如本文中所論述之控制器之特徵 包括：
1)一電控制件，其包含：一本體，該本體具有之尺寸適配於用於電控制件外罩之建築工業標準內；一AC至DC轉換器，該AC至DC轉換器定位於該本體內；該本體具有適合於自至少一標準建築AC電力源供應有線電力之連接；該本體具有適合於將DC輸出電力供應至標準建築AC電佈線中之連接及/或適於供電給複數個DC供電器件且控制複數個DC供電器件之其他電導體；其中該電控制件自我監視且受保護以免受所供應之AC電力中的異常以及熱及電過載條件；其中該電控制件啟用人類或機器互動以實現來自供電器件之複數個結果；及/或其中該電控制件與能量儲存器及/或一替代能量源介接以補充或代替電網電力。
電控制件及/或面板模組可使用可程式化組件來加以程式化。至一系列面板中任一者之連接可產生與在挑選面板時所選擇之功能性互補的複數個DC電輸出。藉由實例而非限制，面板選項將包括：雙通接通-斷開開關、兩個或兩個以上開關、旋轉或滑動版本調光器、計時器、運動感測器、相機、觸控板、觸控螢幕、壓電開關及許多其他控制輸入方法。該面板經由經組態連接器進行電接觸，經組態連接器可經標準化以便使一電控制件能夠具有如藉由該面板內之經程式化模組所指引的多個功能及輸出。
電控制件可藉由複數個數位通信方法而組態以取決於經由該等數位通信方法給出之命令產生複數個DC電壓。
電控制件可經組態以接收在90 V至140 V、210 V至264 V或90 V至264 V之範圍中的AC電壓。
電控制器可經組態以最小化來自AC電壓供應之待用電力使用，其中器件之斷開(OFF)狀態將零或接近零之電力能耗呈現至AC電壓供應。
電控制器因此可經組態以充當調光器，且可作為多個開關、三通及四通開關佈線併入且併有其他組件，諸如運動感測器、計時器、相機、光電池及生物測定器件。
電控制器可為在典型電構造盒內或代替該電構造盒之類比至數位轉換器。
電控制器可含有額外電路(例如，保護、雜訊回應、短路等)以供使用AC「回」線作為低(或高)電壓(接地)導體。此等能力可在控制器之內部或外部或在控制器之內部及外部。
AC接地故障路徑導體(在美國為裸電線或綠電線)可用於DC接地。
電控制器亦可將DC電力遞送至電插座以用於供電給DC設備。
電控制器亦可在如所描述之系統中在具有或不具有DC輸出之情況中控制且遞送AC輸出。
電控制器可產生電流之脈衝以在個別LED處達成可變光位準，使得較長持續時間之脈衝隨著時間提供來自LED之更多光。
圖8為控制電負載及電力儲存器之操作之系統100的方塊圖。在此實施例中，系統100包括可操作性地耦接至控制 總成110之電負載115。控制總成110可為許多不同類型。在此實施例中，控制總成110包括與主控制器112通信之電流轉換器111，其中主控制器112與電負載115通信。
在操作中，在控制總成110啟動時，電流轉換器111回應於接收到輸入信號SInpnt而提供輸出信號SOut。將輸出信號SOut提供至主控制器112，且在控制總成110啟動時，主控制器112將輸出信號SOut提供至電負載115。此外，在控制總成110撤銷啟動時，控制總成110並不回應於接收到輸入信號STnput而提供輸出信號SOut。應注意，控制總成110在其啟動時具有啟動條件，且控制總成110在其撤銷啟動時具有撤銷啟動條件。
亦應注意，在電流轉換器111與主控制器112之間流動的輸出信號對應於在主控制器112與圖9之負載系統控制器116之間流動的輸出信號。在圖8中，為論述之簡單及容易起見，此等輸出信號皆識別為輸出信號SOut。
信號SB1及SOut可為許多不同類型。在一實施例中，信號SB1及SOut皆為AC信號。在另一實施例中，信號SB1及SOut皆為DC信號。在一些實施例中，信號SB1及SOut分別為AC及DC信號。在一些實施例中，信號SB1及SOut分別為DC及AC信號。
AC信號隨時間而正弦式振盪，且因此在定義單一時段之參數已知的情況中提供在任何給定時間處已知之電壓。AC信號因此通常在所有時段中具有相同高及低電壓。DC信號不以週期性方式隨時間而振盪，甚至在DC信號為脈 衝式DC信號時亦如此。可在美國專利申請案第12/553,893號中找到關於AC及DC信號之更多資訊。可在美國專利第5,019,767號、第5,563,782號、第6,061,261號、第6,266,261號、第6,459,175號、第7,106,566號及第7,300,302號中找到關於AC電力、DC電力、AC信號及DC信號之更多資訊，所有該等申請案之內容以引用之方式併入，如同在本文中完整地闡述。
控制總成110之電流轉換器111接收輸入信號SIuput，且作為回應將輸出信號SOut提供至主控制器112。控制總成110之主控制器112自電流轉換器111接收輸出信號SOut，且作為回應提供輸出信號SOut。在主控制器112啟動時，控制總成110回應於接收到輸入信號SInput而提供輸出信號SOut。此外，在主控制器112撤銷啟動時，控制總成110並不回應於接收到輸入信號SInput而提供輸出信號SOut。
電流轉換器111可自許多不同類型之轉換器(諸如，AC至DC轉換器、AC至AC轉換器、DC至AC轉換器及DC至DC轉換器)中進行選擇。轉換器之實例揭示於美國專利第5,347,211號、第6,643,158號、第6,650,560號、第6,700,808號、第6,775,163號、第6,791,853號及6,903,950號中，所有該等申請案之內容以引用之方式併入，如同在本文中完整地闡述。
在一些實施例中，主控制器112與電流轉換器111定位成接近於彼此。主控制器112與電流轉換器111可以許多不同方式定位成鄰近於彼此。舉例而言，主控制器112及電流 轉換器111可藉由將主控制器112及電流轉換器111耦接至同一支撐結構(諸如，外殼)而定位成鄰近於彼此。以此方式，主控制器112及電流轉換器111由同一燈開關外殼承載。外殼可為許多不同類型，諸如燈開關盒及電構造盒。在外殼為燈開關盒之一實施例中，主控制器112為燈開關。亦在上文所引用之美國專利申請案第12/553,893號中更詳細論述燈開關盒及燈開關。
在一些實施例中，控制總成110由外殼收容。控制總成110在其延伸穿過外殼之內部體積時由外殼收容。在其他實施例中，控制總成110未由外殼收容。控制總成110在其未延伸穿過外殼之內部體積時未由外殼收容。
在一些實施例中，主控制器112由外殼收容。主控制器112在其延伸穿過外殼之內部體積時由外殼收容。在其他實施例中，主控制器112未由外殼收容。主控制器112在其未延伸穿過外殼之內部體積時未由外殼收容。
在一些實施例中，電流轉換器111由外殼收容。電流轉換器111在其延伸穿過外殼之內部體積時由外殼收容。在其他實施例中，電流轉換器111未由外殼收容。電流轉換器111在其未延伸穿過外殼之內部體積時未由外殼收容。
在一些實施例中，控制總成110之部分由外殼收容，且控制總成110之另一部分未由外殼收容。舉例而言，在一實施例中，主控制器112由外殼收容，且電流轉換器111未由外殼收容。在另一實施例中，電流轉換器111由外殼收容，且主控制器112未由外殼收容。
圖9為電負載115之一實施例的方塊圖。在此實施例中，電負載115包括可操作性地耦接至負載系統控制器116之負載器件118及可操作性地耦接至負載系統控制器116之電力儲存系統117。應注意，負載系統控制器116自控制總成110(圖8)接收電力信號SOut。詳言之，負載系統控制器116自主控制器112接收電力信號SOut。在一些實施例中，主控制器112與負載系統控制器116彼此通信。主控制器112與負載系統控制器116可以許多不同方式(諸如，經由有線通信鏈路及無線通信鏈路)彼此通信。在一些實施例中，主控制器112控制負載系統控制器116之操作。
在一操作模式中，負載系統控制器116回應於接收到輸出信號SOut而將輸出信號SOut1提供至負載器件118。負載器件118回應於接收到輸出信號SOut1而操作。負載器件118可以許多不同方式操作，下文更詳細論述該等方式中之若干者。亦應注意，流動至負載系統控制器116之輸出信號對應於在負載系統控制器116與負載器件118之間流動的輸出信號。然而，在圖9中，出於論述之容易起見，此等輸出信號皆分別識別為輸出信號SOut及SOut1。
負載器件118可為許多不同類型之器件，諸如發光器件及/或電氣設備。發光器件可為許多不同類型，諸如固態發光器件。一種類型之固態發光器件為發光二極體。發光二極體之實例揭示於美國專利第7,161,311號、第7,274,160號及第7,321,203號以及美國專利申請案第20070103942號中。其他類型之照明器件包括白熾燈及螢光燈。電氣設備 可為許多不同類型，諸如電腦、電視、風扇、吊扇、冰箱及微波爐。一般而言，電氣設備回應於接收到輸出信號SOut1而操作。
在另一操作模式中，負載系統控制器116回應於接收到輸出信號SOut而將輸出信號SOut2提供至電力儲存系統117。電力儲存系統117回應於接收到輸出信號SOut2而操作。電力儲存系統117可以許多不同方式操作，下文更詳細論述該等方式中之若干者。電力儲存系統117可為許多不同類型之器件，諸如電池組。電池組可為許多不同類型，諸如可再充電電池組。亦應注意，流動至負載系統控制器116之輸出信號對應於在負載系統控制器116與電力儲存系統117之間流動的輸出信號。在圖9中，出於論述之容易起見，此等輸出信號皆分別識別為輸出信號SOut及SOut2。
在此實施例中，電力儲存器件117作為將電力信號SB2提供至負載系統控制器116之可再充電電池組而操作，且負載系統控制器116將電力信號SB1提供至負載器件118。應注意，電力信號SB1及SB2可為相同或不同電力信號。亦應注意，在控制總成110撤銷啟動以使得不將輸出信號SOut提供至負載系統控制器116時，可將電力信號SB1及SB2提供至負載器件118。以此方式，在控制總成110啟動及撤銷啟動時，負載器件118可具備電力。
圖10為負載系統控制器116之一實施例的方塊圖。在此實施例中，負載系統控制器116包括與開關135通信之開關133。在此實施例中，開關133及135可操作性地耦接至負 載控制電路134。在一些實施例中，負載控制電路134可操作性地耦接至主控制器112，使得主控制器112控制負載控制電路134之操作。在圖10中所描繪之實施例中，開關133回應於接收到來自負載控制電路134之控制信號SControl1而啟動及撤銷啟動。此外，開關135回應於接收到來自負載控制電路134之控制信號SControl2而啟動及撤銷啟動。SCoutrol2可與SOut或SB2(圖9)相同，或SCoutrol2可為回應於接收到信號SOut或另一信號(例如，無線命令)而由控制電路134發送之信號。開關133及135可為許多不同類型，諸如固態開關及繼電器。固態開關之實例包括電晶體。
在一操作模式中，開關133回應於藉由來自控制電路134之控制信號SControl1啟動而將輸出信號SOut提供至開關135。應注意，輸出信號SOut係藉由控制總成110而提供至負載系統控制器116。詳言之，藉由主總成112將輸出信號SOut提供至負載系統控制器116。開關135自開關133接收輸出信號SOut，且回應於藉由來自控制電路134之控制信號SControl2啟動而將輸出信號SOut1提供至負載器件118(圖9)。如上文所提及，輸出信號SOut及SOut1可為相同信號或不同信號。負載器件118回應於接收到輸出信號SOut1而操作。
在另一操作模式中，開關133回應於藉由來自控制電路134之控制信號SControl1啟動而將輸出信號SOut2提供至電力儲存系統117(圖9)。電力儲存系統117自開關133接收輸出信號SOut2，且作為回應而操作。電力儲存系統117可以許多不同方式(諸如，藉由儲存電力)而操作。如上文所提 及，輸出信號SOut及SOut2可為相同信號或不同信號。
在電力儲存器件117作為可再充電電池組操作之實施例中，電力儲存器件117將電力信號SB2提供至開關135。開關135自電力儲存器件117接收電力信號SB2，且回應於藉由來自控制電路134之控制信號SControl2啟動而將電力信號SB2提供至負載器件118(圖9)。
圖11為電力儲存器件117之一實施例的方塊圖。在此實施例中，電力儲存器件117包括可操作性地耦接至電力儲存器件137之電力儲存控制器136。電力儲存器件137可為許多不同類型，諸如電池組及可再充電電池組。應注意，電力儲存控制器136可操作性地耦接至本文中所論述之其他控制電路。在一些實施例中，電力儲存控制器136可操作性地耦接至主控制器112(圖8)。在一些實施例中，電力儲存控制器136可操作性地耦接至負載系統控制器116(圖9)。在一些實施例中，電力儲存控制器136可操作性地耦接至負載控制電路134(圖10)。
在一操作模式中，輸出信號SOut2藉由電力儲存控制器136接收，且回應於儲存電力指示，電力儲存控制器136將輸出信號SOut2提供至電力儲存器件137。電力儲存器件137回應於電力儲存控制器136接收到儲存電力指示而回應於接收到輸出信號SOut2來儲存電力。可藉由許多不同控制器(諸如，圖8、圖9及圖10中所論述之控制器)將儲存電力指示提供至電力儲存器件137。
在另一操作模式中，將電力信號SB2提供至電力儲存控 制器136，且回應於提供電力指示，電力儲存控制器136提供電力信號SB2。在圖9之實施例中，將電力信號SB2提供至負載系統控制器116。在圖10之負載系統控制器116之實施例中，將電力信號SB2提供至開關135。可藉由許多不同控制器(諸如，圖8、圖9及圖10中所論述之控制器)將電力指示提供至電力儲存器件137。
圖12為電力儲存控制器136之一實施例的電路圖。在此實施例中，電力儲存控制器136包括有時被稱作使用LM2576調節器之高效率3安培電池組充電器之電路。關於此電路之許多資訊可見於Chester Simpson的日期為1994年5月之申請案說明946(AN-946)中，且藉由National Semiconductor提供。電路之組件藉由習知電路符號表示以指示電阻器(R)、電容器(C)、電感器(I)、二極體(D)及指示為元件152之操作放大器。電路包括為LM2576電壓調節器之電壓調節器。然而，應注意，可使用其他電壓調節器。在此實施例中，電路包括過充電保護電路151，且在AN-946中提供關於過充電保護電路151之一實施例的更多資訊。
圖13為體現為固態發光器件180之負載器件118之透視圖。在此實施例中，固態發光器件180包括燈座181，燈座181包括燈座本體182。燈座181承載燈座端子183及184，其中燈座端子183及184連接至線176及177。燈座端子183及184連接至線176及177，使得將輸出信號SOut提供至固態發光器件180。燈座本體182包括用於收納不久將更詳細論 述之諸如固態發光器件之燈的插口185。
在此實施例中，固態發光器件180包括固態燈186，固態燈186包括固態燈本體188。固態燈186包括經設定大小及形狀以由插口185收納之燈座連接器187。固態燈186包括LED陣列189，LED陣列189包括複數個LED 189a。應注意，大體上，固態燈186包括一或多個LED。LED陣列189可發射許多不同顏色之光，諸如暖白光及冷白光。
在一操作模式中，負載系統控制器116回應於接收到輸出信號SOut而將輸出信號SOut1提供至固態發光器件180。固態發光器件180回應於接收到輸出信號SOut而操作。固態發光器件180可以許多不同方式(諸如，藉由發射特定亮度及/或顏色之光或藉由斷開)而操作。
在另一操作模式中，電力儲存器件117作為將電力信號SB2提供至負載系統控制器116之可再充電電池組而操作，且負載系統控制器116將電力信號SB1提供至固態發光器件180。應注意，電力信號SB1及SB2可為相同或不同電力信號。亦應注意，在控制總成110撤銷啟動以使得不將輸出信號SOut提供至負載系統控制器116時，可將電力信號SB1及SB2提供至固態發光器件180。以此方式，在控制總成110啟動及撤銷啟動時，固態發光器件180可具備電力。
燈座本體182、燈座連接器187及/或燈本體188可含有可再充電電池組。負載控制電路134可(例如)指示開關135在自電網購買之電力的高費用時段期間自此等電池組中之任一者汲取電力信號SB2，以便使用在非峰值時段期間儲存 之電力來供電給固態燈186。一旦電池組已充分放電或藉由SOut表示之電力不比電池組電力昂貴(因為此電力為替代能量源)，則負載控制電路134指示開關133及135將信號SOut導引至固態燈186。
應注意，在圖8中，電負載115係展示為與控制總成110分離之組件。然而，在一些實施例中，控制總成110可包括於電負載115內，如不久將更詳細論述。
圖2b為體現為燈190之負載器件的透視圖。燈190可為許多不同類型，諸如多琢面反射器(MR)燈。存在許多不同類型之多琢面反射器燈，諸如MR 16燈。多琢面反射器燈藉由諸如Westinghouse、General Electric及Sylvania之許多不同製造者製造。
在此實施例中，燈190包括罩套總成191，罩套總成191包括承載連接器193a及193b之罩套192。在此實施例中，罩套總成191包括與連接器193a及193b通信之控制總成110(圖8)。詳言之，罩套總成191包括電流轉換器111及主控制器112，其中主控制器112與連接器193a及193b通信。應注意，在此實施例中，輸出信號SOut在連接器193a與連接器193b之間流動。在一些實施例中，罩套總成191包括圖9之負載系統控制器116及電力儲存系統117。在一些實施例中，如圖12中所展示而體現罩套總成191之負載系統控制器116。在一些實施例中，如圖11中所展示而體現罩套總成191之電力儲存系統117。在一些實施例中，罩套總成191之電力儲存系統117包括圖12之電路。
在此實施例中，燈190包括燈總成194，燈總成194可在與罩套總成191連接的條件與未與罩套總成191連接的條件之間重複地移動。燈總成194包括承載透鏡外殼197之燈基部196。透鏡外殼197承載透鏡198。燈總成194包括與互補連接器195a及195b通信之燈(未圖示)，其中互補連接器195a及195b延伸穿過燈基部196。在連接條件中，連接器193a及193b及互補連接器195a及195b分別連接在一起，以使得電力信號SOut可流過該等連接器。在未連接條件中，連接器193a及193b及互補連接器195a及195b分別彼此未相連接，以使得電力信號SOut無法流過該等連接器。燈總成194之燈回應於電力信號SOut在互補連接器195a與195b之間流動而提供光。
在一操作模式中，罩套總成191之負載系統控制器116回應於接收到輸出信號SOut而將輸出信號SOut1提供至燈總成194之燈。燈總成194之燈回應於接收到輸出信號SOut1而操作。燈總成194之燈可以許多不同方式(諸如，藉由發射光)而操作。
在另一操作模式中，罩套總成191之電力儲存器件117作為將電力信號SB2提供至負載系統控制器116之可再充電電池組而操作，且負載系統控制器116將電力信號SB1提供至燈總成194之燈。應注意，電力信號SB1及SB2可為相同或不同電力信號。亦應注意，在控制總成110撤銷啟動以使得未將輸出信號SOut提供至負載系統控制器116時，可將電力信號SB1及SB2提供至燈總成194之燈。以此方式，在控制總 成110啟動及撤銷啟動時，燈總成194之燈可具備電力。
圖15為控制電負載之操作且提供電力儲存之系統100a的方塊圖。在此實施例中，系統100a包括可操作性地耦接至控制總成110之電力儲存系統117及可操作性地耦接至電力儲存系統117之負載器件118。上文提供關於控制總成110、電力儲存系統117及負載器件118之更多資訊。
在此實施例中，系統100a包括與控制總成110通信之開關總成140a。控制總成110可回應於啟動及撤銷啟動開關總成140a而可在啟動條件與撤銷啟動條件之間重複地移動。在控制總成110回應於啟動開關總成140a而處於啟動條件中時，輸出信號SOut1在控制總成110與負載器件118之間流動。以此方式，負載器件118回應於接收到輸出信號SOut1而操作。
電流轉換器可為任何能量儲存組件及相關聯之設備，諸如開關、整流器及按需要提供與特定用途相容之電流的其他組件。電流轉換器可包括串聯及/或並聯連接之電池組、電容器、飛輪能量儲存器件或用於能量儲存系統之其他能量儲存組件。
在此實施例中，系統100a包括經由N個電流轉換器111a、111b、...111N與控制總成110通信之開關總成140b，其中N為大於或等於1之整數。選擇數目N以將所要電流量提供至控制總成110。提供至控制總成110之電流量回應於增加N及減小N而分別增加及減小。流過電流轉換器111a、111b、...111N之電流藉由啟動及撤銷啟動開關總 成140b來控制。在開關總成140b啟動時，電流流過電流轉換器111a、111b、...111N，且在開關總成140b撤銷啟動時，限制電流以使其不流過電流轉換器111a、111b、...111N。
在控制總成110回應於啟動開關總成140a而處於啟動條件中時，輸出信號SOut2在電力儲存系統117與控制總成110之間流動，且電力儲存系統117作為回應而儲存電力。在需要時，電力儲存系統117將電力信號SB2提供至負載器件118。以此方式，負載器件回應於接收到電力信號SB2而操作。應注意，在一些情形中，負載器件118回應於接收到信號SOut1而操作，且在其他時間，負載器件118回應於接收到信號SB2而操作。
應注意，開關總成140a及140b可為許多不同類型，諸如燈開關總成及調光器開關總成。在美國專利申請案第12/553,893號中提供關於開關總成之更多資訊。
圖16為控制電負載之操作且提供電力儲存之系統100b的方塊圖。在此實施例中，系統100b包括可操作性地耦接至控制總成110之電力儲存系統117及可操作性地耦接至電力儲存系統117之負載器件118。上文提供關於控制總成110、電力儲存系統117及負載器件118之更多資訊。
在此實施例中，系統100b包括將電力輸入信號SInput1提供至控制總成110之電源141a。此外，系統100b包括將電力輸入信號SInput2提供至控制總成110之電源141b。電源141a及141b可為許多不同類型。在一實施例中，電力系統 141a為電力網，且電源141b為替代電源。電源141b可為許多不同類型之替代電源。替代電源之實例包括太陽能電源、風渦輪電源、水電源及生物質電源，以及其他電源。在操作中，控制總成110將電力信號SOut提供至負載器件118，其中電力信號SOut對應於電力輸入信號SInput1及/或SInput2。在此實施例中，電力輸入信號SInput1及/或SInput2及電力信號SOut之流動可回應於調整開關總成140a及/或140b而加以調整。因為主控制器112與電流轉換器111通信，所以主控制器112回應於可調整開關總成140a及140b中之至少一者或回應於主控制器評估一定會發生改變而將指令發送至電流轉換器111以提供所要電源。舉例而言，指令可呈跨越電流轉換器111與主控制器112之間的互連線而由主控制器發送或無線地發送之脈衝式信號之形式。
在一些實施例中，開關總成140a與140b彼此通信。開關總成140a及140b可以許多不同方式(諸如，經由有線鏈路及/或無線鏈路)彼此通信。在一些實施例中，開關總成140a控制開關總成140b之操作。無線通信鏈路可以許多不同方式(諸如，藉由包括具有開關總成140a及140b之無線模組)建立。無線模組可為許多不同類型，諸如藉由Microchip及Atmel Corporation製造之模組。
圖17為控制電負載之操作且提供電力儲存之系統100c的方塊圖。在此實施例中，系統100c包括分別可操作性地耦接至開關總成140a及140b之電流轉換器111a及111b。系統100c包括可操作性地耦接至電流轉換器111a及111b之複數 個燈。系統100c之燈可為在上文更詳細論述之許多不同類型，諸如固態發光器件180及燈190。
在操作中，電流轉換器111a及111b分別接收輸入信號SInput1及SInput2。可以許多不同方式(諸如，藉由上文所提及之電源)提供輸入信號SInput1及SInput2。電流轉換器111a可回應於啟動及撤銷啟動開關總成140a而可在啟動條件與撤銷啟動條件之間重複地移動。系統100c之燈回應於啟動及撤銷啟動電流轉換器111a而啟動及撤銷啟動。以此方式，可控制由系統100c之燈輸出之光。
此外，電流轉換器111b可回應於啟動及撤銷啟動開關總成140b而在啟動條件與撤銷啟動條件之間重複地移動。系統100c之燈回應於啟動及撤銷啟動電流轉換器111b而啟動及撤銷啟動。以此方式，可控制由系統100c之燈輸出之光。
圖18及圖19為包括於燈開關總成中之電路160a及160b之方塊圖。該等電路可在收容燈開關之外罩的外部及/或含於該外罩內。可包括電路之部分或全部作為開關自身之部分。電路160a及160b允許燈開關總成在啟動條件與撤銷啟動條件之間可重複地移動，如上文關於圖17所更詳細地描述。電路160a及160b允許燈開關總成調整提供至系統100c之燈的信號之功率。提供至系統100c之燈的信號之功率可以許多不同方式(諸如，藉由調整電壓)加以調整。在美國專利申請案第12/553,893號中提供關於調整信號之功率之更多資訊。
在上文所論述之組態中任一者中，信號SOut、SOut1、SOut2、Scontrol1、Scontrol2、SB1、SB2等中之任一者可具有或可不具有經編碼至信號中之額外資料部分。因此，該等信號中之任一者可提供資訊及/或功率，且資訊可藉由電壓之量值以及藉由主信號內之單獨脈衝式部分來提供。
本文中所描述之本發明之實施例為例示性的，且可容易預想眾多修改、變化及重新配置以達成實質上等效之結果，所有該等修改、變化及重新配置意欲包含於如附加申請專利範圍中所界定之本發明之精神及範疇內。
100‧‧‧系統
100a‧‧‧系統
100b‧‧‧系統
100c‧‧‧系統
110‧‧‧控制總成
111‧‧‧電流轉換器
111a‧‧‧電流轉換器
111b‧‧‧電流轉換器
111N‧‧‧電流轉換器
112‧‧‧主控制器/主總成
115‧‧‧電負載
116‧‧‧負載系統控制器
117‧‧‧電力儲存系統
118‧‧‧負載器件
133‧‧‧開關
134‧‧‧負載控制電路
135‧‧‧開關
136‧‧‧電力儲存控制器
137‧‧‧電力儲存器件
140a‧‧‧開關總成
140b‧‧‧開關總成
141a‧‧‧電源/電力系統
141b‧‧‧電源
151‧‧‧過充電保護電路
160a‧‧‧電路
160b‧‧‧電路
176‧‧‧線
177‧‧‧線
180‧‧‧固態發光器件
181‧‧‧燈座
182‧‧‧燈座本體
183‧‧‧燈座端子
184‧‧‧燈座端子
185‧‧‧插口
186‧‧‧固態燈
187‧‧‧燈座連接器
188‧‧‧固態燈本體
189‧‧‧LED陣列
189a‧‧‧LED
190‧‧‧燈
191‧‧‧罩套總成
192‧‧‧罩套
193a‧‧‧連接器
193b‧‧‧連接器
194‧‧‧燈總成
195a‧‧‧連接器
195b‧‧‧連接器
196‧‧‧燈基部
197‧‧‧透鏡外殼
198‧‧‧透鏡
圖1描繪與第一負載電連通之一系列能量儲存組件(例如，電池組)及開關。
圖2描繪充電電路。
圖3描繪第二充電電路。
圖5說明與能量儲存器及由LED燈組成之負載通信之控制器。
圖6說明與能量儲存器及負載通信之控制器之第二配置。
圖7說明一些標準電外罩。
圖8為描繪控制件配置之方塊圖。
圖9為負載控制器之方塊圖，其中能量儲存器與負載彼此通信。
圖10為圖8之系統之負載系統控制器的一實施例之方塊圖。
圖11為圖8之系統之電力儲存器件的一實施例之方塊圖。
圖12為圖8之系統之電力儲存控制器的一實施例之電路圖。
圖13為體現為固態發光器件之圖1a之系統的負載器件之透視圖。
圖14為體現為燈之圖8之系統的負載器件之透視圖。
圖15為控制電負載之操作且提供電力儲存之系統的方塊圖。
圖16為控制電負載之操作且提供電力儲存之系統的方塊圖。
圖17為控制電負載之操作且提供電力儲存之系統的方塊圖。
圖18及圖19為包括於圖17之系統之燈開關總成中的電路之方塊圖。

Claims (45)

  1. 一種用於在一建築物中選擇及利用電能之一電源之總成，其包含：a.一第一電力線，其自一替代能量源提供電能；b.一第二電力線，其將電能提供至一電能儲存系統且自該電能儲存系統提供電能，其中該電能儲存系統包含一第一電能儲存媒體及一第二電能儲存媒體；c.一第三電力線，其自一電力網提供電能；d.一AC至DC轉換器，其具有與該第三電力線電連通之(i)一DC側及(ii)一AC側；e.一控制器，其與該AC至DC轉換器之該DC側電連通以將DC電力供應至以下各者中之至少一者：f.一DC電力負載，其與該建築物相關聯，其中該DC電力負載不同於由能量儲存器引起之一負載；及g.一PWM，其經組態以將DC電能轉換成具有除正弦之外的一波形及除50 Hz至60 Hz之外的頻率之脈衝式DC電能，且其中該PWM與相關聯於該建築物之一脈衝式DC負載電連通；h.其中該控制器另外經組態以基於自該電力網獲得之電力的費用而在該第一電力線、該第二電力線與該第三電力線之間進行切換。
  2. 一種電控制器總成，其包含：a.一本體，該本體具有之尺寸適配於一建築工業標準電控制件外罩上或該建築工業標準電控制件外罩 內；b.一主控制器，且處於該本體上；c.該本體具有適合於自至少一標準建築AC電力源供應有線電力之第一電連接器；d.一AC至DC轉換器，其定位於該外罩內；e.該本體具有自以下各者中選擇之至少一第二組第二電連接器：i.適合於將DC輸出電力供應至標準建築AC電佈線中之電連接器，該標準建築AC電佈線代替來自該標準建築AC電力源且連接至一或多個DC供電器件之佈線；及ii.適合於使DC輸出電力供電給一或多個DC供電器件且控制該等DC供電器件之電連接器；f.其中該電控制器總成包括一信號產生器，該信號產生器經組態以在該DC輸出電力中提供資訊以啟用人類或機器互動以實現來自DC供電器件之複數個結果；且g.其中該主控制器經組態以在一供應電網上之電力的峰值使用時段期間控制使用藉由一能量儲存系統提供之DC電力。
  3. 如請求項1或2之總成，其中該控制器經組態以接收表示自該電力網獲得之電力之費用的第一資訊。
  4. 如請求項1至3中任一項之總成，其進一步包含電能儲存媒體，該等電能儲存媒體包含一或多個電池組。
  5. 如請求項4之總成，其中具有一電壓V之N個該等電池組經串聯配置以使得該串聯具有一電壓N×V，且其中該等電池組連接至導體及開關，該等導體及開關使得該等電池組之一第一子集能夠在小於N×V之一第一電壓提供電力。
  6. 如請求項5之總成，其中該等電池組連接至經組態以對除該等電池組之該第一子集外的電池組充電之導體及開關之一第二集合。
  7. 如請求項5之總成，其中該等電池組之一第二子集在不等於該第一電壓之一第二電壓提供電力。
  8. 如請求項4至7中任一項之總成，其中V選自約1.5 V、2 V、6 V、9 V、12 V及24 V。
  9. 如請求項4至8中任一項之總成，其中電池組之該第一子集提供適合於DC照明或脈衝式DC照明之一電壓。
  10. 如請求項7之總成，其中電池組之該第二子集提供足以使一DC馬達運轉之一電壓。
  11. 如請求項10之總成，其中由電池組之該第二子集提供之該電壓在12 V與800 V之間。
  12. 如請求項4至11中任一項之總成，其中電池組之該第一子集經定位成鄰近於DC照明。
  13. 如請求項12之總成，其中電池組之該第一子集經定位於一燈或該燈所插入至之燈具上或定位於該燈或該燈具中。
  14. 如請求項12或13之總成，其中電池組之該第一子集與該 DC照明電連通。
  15. 如請求項1至12中任一項之總成，其中該控制器另外包含一脈寬調變器以提供一脈衝式DC電力信號。
  16. 如請求項15之總成，其中該控制器經組態以脈衝化該脈寬調變器以提供疊加於該脈衝式DC電力信號上之一額外資料信號。
  17. 如請求項15或16之總成，其中該脈寬調變器提供具有除正弦之外的一波形及除50 Hz至60 Hz之外的一頻率之脈衝式DC電力。
  18. 如請求項17之總成，其中該脈衝式DC信號為週期性的。
  19. 如請求項17之總成，其中該脈衝式DC信號不為週期性的。
  20. 如請求項1至19中任一項之總成，其中該AC至DC轉換器經組態以利用來自該電力網且具有在選自90 V至140 V及210 V至277 V之至少一範圍中的一電壓之AC電力。
  21. 如請求項1至20中任一項之總成，其中該控制器經組態以利用來自太陽能且具有在約12 V與800 V之間的一電壓之電力。
  22. 如請求項1至21中任一項之總成，其中該控制器經組態以將DC電力提供至LED照明。
  23. 如請求項22之總成，其中該DC電力為脈衝式DC電力，且該LED照明具有在一照明電路中具有相反極性之LED。
  24. 如請求項1至23中任一項之總成，其中該控制器經組態 以將DC電力提供至一電動馬達。
  25. 如請求項24之總成，其中該DC電力為經脈衝化而高於及低於臨限值且足以驅動該電動馬達之DC電力。
  26. 如請求項1至25中任一項之總成，其中該控制器連接至電網電源供應器，且備用地僅使用電網電力來評估電網電力用於AC及/或DC負載之可用性。
  27. 如請求項1至25中任一項之總成，其中該控制器連接至電網電源供應器，且備用地使用電網電力以僅在能量儲存源及該替代能量源未供電給DC負載時才供電給一脈寬調變器。
  28. 如請求項1至27中任一項之總成，其中該控制器連接至電網電源供應器，且在電網電力之峰值充電時間使用該電網電力以僅在該等電池組及選用之替代能量源足以供電給DC負載時才供電給一脈寬調變器。
  29. 如請求項1至28中任一項之總成，其進一步包含選自一調光器、控制單一燈電路之多個開關、三通及四通開關佈線、一運動感測器、一計時器、一相機、一光電池及一生物測定器件之至少一者，以上各者中之每一者將一資料信號編碼於該DC電力信號或該脈衝式DC電力信號上。
  30. 如請求項1至29中任一項之總成，其進一步包含用於DC或脈衝式DC負載之現有建築佈線，該建築佈線未改變，惟在一現有配電盒處插入選自該脈寬調變器及該控制器之至少一者除外。
  31. 如請求項30之總成，其中在未接地之一外罩中之前一AC回線經組態以承載一低DC電壓或一高DC電壓，且一地線經組態為一DC接地。
  32. 如請求項1至31中任一項之總成，其中該控制器獲得關於負載之資訊，且作為回應而進行以下操作：a.取決於所需電壓及所需電流而將更多或更少電池組切換成串聯或並聯使用；b.將一替代能量源切換成使用或未使用；c.將該電力網切換成使用或未使用；及/或d.藉由改變脈寬調變而減小電負載。
  33. 如請求項1至32中任一項之總成，其具有在同一電路上之複數個可獨立控制之燈，其中每一可獨立控制之燈具有經組態以讀取編碼於該電力信號上之一數位資料信號的一控制器，且每一可獨立控制之燈經組態以回應於專用於彼燈之一數位資料信號而接通。
  34. 一種在一建築物中使用電能之方法，其包含：a.將DC電能提供至以下各者中之至少一者：i.與該建築物相關聯之一DC負載；及ii.經組態以將該DC電能換流成具有除正弦之外的一波形之脈衝式DC電能之一換流器；b.及以下任一者i.基於表示自一電力網獲得之電力之費用的第一資訊而自使用一電能儲存系統或自該電力網自動切換成使用一替代能量源；或 ii.基於表示自該電力網獲得之電力之費用的該第一資訊而自使用該替代能量源或該電力網自動切換成該電能儲存系統源。
  35. 如請求項34之方法，其中該DC負載不同於藉由儲存能量而引起之一負載。
  36. 如請求項34或35之方法，其中該電能儲存系統包含電化學能量儲存器。
  37. 如請求項34至36中任一項之方法，其中該方法包含將電能儲存於串聯連接之複數個電池組中。
  38. 如請求項37之方法，其中該複數個電池組之一第一子集在一第一電壓將DC電力提供至一第一負載。
  39. 如請求項38之方法，其中該複數個電池組之一第二子集在不等於該第一電壓之一第二電壓將DC電力提供至一第二負載。
  40. 如請求項38或39之方法，其中該第一負載為DC照明或脈衝式DC照明。
  41. 如請求項39或40之方法，其中該第二負載為一DC馬達。
  42. 如請求項40或41之方法，其中該DC照明在峰值充電時段期間主要或獨佔式地使用來自該等電池組之電力而操作，且該等電池組在較低費用時段期間再充電。
  43. 如請求項41或42之方法，其中該DC馬達在峰值充電時段期間使用來自該等電池組之電力操作一段時間，且該等電池組在較低費用時段期間再充電。
  44. 如請求項38至43中任一項之方法，其中該複數個電池組 之該第一子集中之至少一電池組定位於一燈或燈外殼內。
  45. 如請求項44之方法，其中該第一子集中之至少一電池組定位於多個燈及/或燈外殼中之每一者內。
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