专利名称：具有经由电磁能进行数据通信的组成导电表面的能量装置及其方法
具有经由电磁能进行数据通信的组成导电表面的能量装置
及其方法相关申请本申请与美国临时专利申请S/N 61/096，415相关，并基于35U.S.C. §119要求美 国临时专利申请S/N 61/096,415的优先权，于2008年9月12日提交的题为“具有经由电 磁能进行数据通信的组成导电表面的能量装置及其方法(Energy Device with Integral Conductive Surface for Data Communication Via Electromagnetic Energy and Method Thereof) ”的该专利临时申请的全部内容通过引用结合于此。技术领域及
背景技术：
本发明涉及通过RF或其它电磁信号发射和接收通信的装置、系统和/或方法。具 体而言，本发明例如涉及能量发生装置或储能装置的使用，其可利用其至少一个组件使其 通过RF或其它电磁信号发射和/或接收通信。通常，系统倾向于由分离组件构成，它们各个被重新设计以用其本身组件执行其 本身功能，但是未最优地设计该系统内特定组件或组合的双重功能性。已典型地由组件尺 寸缩小来实现任意尺寸缩小。当前，随着电子器件不断变小的需求在增长，在当前设计中设计师面临一些物理 限制，这通常归因于组件大小的限制。在无线通信中尤其如此，在无线通信中，通常所必需 使天线大小至少为所发射信号波长的四分之一。
发明内容
本发明一些示例性实施例的一个目标是以下列方式操作通过表面元件从周围环 境接收无线通信或者将无线通信发射到周围环境中，其中该表面元件是诸如能量存储或生 成装置的现有的或者是附加层。下文中以更多细节以及通过示例所描述的本发明的各种方 面和实施例解决背景技术的一些不足并满足相关领域中出现的需求。举例而言，本发明可包括通过RF或其它电磁信号发射和接收通信的装置、系统和 /或方法。在优选实施例中，本发明可包括适配成发射或接收无线通信的至少一个导电表举例而言，本发明的实施例可包括能量装置(存储或生成)的储能组件内的金属 或导电表面作为天线以便于接收和/或发射无线通信。导电表面可优选为能量装置的组成 部分，诸如电池或电容器内的电荷收集表面(阳极或阴极)，其可向电池或电容器提供另一 必要功能。该导电表面还可以是能量装置的外壳或者封装，或者是能量装置的附加层。本发明的另一实施例中，至少部分地出于接收和/或发射无线信号的目的，金属 或者导电表面可在制造期间附加到，特别是内建到能量装置中，不过该金属或导电表面就 其它方面而言可以是对于该能量装置非必要的。可向能量装置的导电表面施加附加特征、图案、或形状以增大在特定频带、宽带、 或其它能量应用中的无线通信发射和/或接收效率和/或性能。举例而言，对于包括特定 柔性装置的特定实施例而言，组成导电表面可弯曲(例如，Z轴移位)以增强天线性能以便例如增强其方向性接收特性。附图简述包括于此以提供对本发明的进一步理解、并被结合在本说明书中且构成其一部分 的附图示出本发明的示例性实施方式，其与说明书一起可用来说明而非限制本发明的原理。
图1是本发明实施例的截面，其中能量装置是包括电化学电池的储能组件。图2A是顶部有天线的本发明实施例的俯视图。图2B是本发明实施例的截面侧视图。图3A是顶部有天线的本发明实施例的俯视图，但未在其下方添加对于可能延伸 超过天线尺寸的衬底的描绘。图;3B是添加了二极管的本发明实施例的截面侧视图。图4是本发明全向阵列实施例的截面侧视图。图5是本发明双频阵列实施例的截面侧视图。图6是在本发明全向形式中使用的弯曲表面能量装置实施例的截面侧视图。图7A是本发明多平面实施例的截面俯视图。图7B是本发明多平面实施例的一个装置的侧视图。图7C是根据不同角度观察的本发明多平面实施例的第二装置的侧视图。
具体实施例方式要理解本发明不限于在此所描述的特定方法学、混合物、材料、制造技术、用途、以 及应用，因为这些可有变化。还要理解本文中所使用的术语仅出于描述特定实施的目的，而 不旨在限定本发明范围。必需注意到，如本文以及所附权利要求书中所使用地，单数形式的 “一”、“一个”以及“该”包括复数引用，除非上下文另外明确地指出其相反形式。因此，举例 而言，提及“一元件”是对一个或多个元件的提及，且包括本领域普通技术人员所知的其等 效物。类似地，举另一示例，提及“一步骤”或“一手段”是对一个或多个步骤或手段的提及， 且可包括子步骤或从属手段。所使用的所有连接词要以可能的最大涵盖方式来理解。因此， 词语“或”应当理解为具有逻辑“或”的定义而非逻辑“异或”的定义，除非在上下文中另外 明确指出相反情况。本文中所描述的结构也要理解为提及这种结构的功能性等效物。可解 释为表示近似的语言应当如此理解，除非上下文中另外明确指出相反情况。除非另外定义，否则在本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技 术领域的一名普通技术人员所通常理解相同的含义。尽管描述了优选方法、技术、装置和材 料，但是在本发明的实践或测试中可使用与那些所描述的相似或等效的任何方法、技术、装 置、或材料。本文中所描述的结构也要理解为提及这种结构的功能性等效物。通过引用结合于本文中的所有专利和其它出版物出于描述和公开的目的，例如， 出于描述和公开在这种出版物中描述的可与本发明相结合而使用的方法学的目的。这些出 版物单独地提供其在本发明的申请日之前的公开内容。不可就此解释为承认发明人由于现 有发明或任何其它原因而并不具备提前公开所公开内容的资格。本申请与题为“混合式薄膜电池(Hybrid Thin-Film Battery)，，的2006年11月 17日提交的美国专利申请S/N 11/561，277相关，其基于35U. S. C. § 119要求2005年11月17日提交的美国临时专利申请S/N 60/737，613、以及2006年3月16日提交的美国临时专 利申请S/N 60/782,792的优先权；并与题为“金属箔封装(Metal Foil Encapsulation)” 的2007年3月16日提交的美国专利申请S/N 11/687，032相关，其基于35U. S. C. §119要 求2006年3月16日提交的美国临时专利申请S/N 60/782，792的优先权；还与题为“具有 用于电磁能收集的组成采集器表面的能量装置及其方法(Energy Device with Integral Collector Surface for Electromagnetic Energy Harvesting and Method Thereof)，， 的2008年8月11日提交的美国临时专利申请S/N 61/087,927以及题为“具有用于电磁能 收集的组成采集器表面的能量装置及其方法(Energy Device with Integral Collector Surface for Electromagnetic Energy Harvesting and Method Thereof)” 白勺 2009 年 8 月11日提交的美国专利申请S/N 12/539327相关，它们各自的全部内容通过引用结合于 此。本申请还与题为“具有阻挡层受保护的衬底的电化学装置(Electrochemical Apparatus with Barrier Layer Protected Substrate) " ^ 2005 ip 8 ^ 23 H 11 ^ 美国专利申请S/N 11/209，536相关，这是题为“具有阻挡层受保护的衬底的电化学装置 (Electrochemical Apparatus with Barrier Layer Protected Substrate)，，白勺 2005 ^ 6 月15日提交的美国专利申请S/N 11/374，观2(根据美国临时专利申请S/N 60/690，697转 变而得)的继续申请，该申请是题为“用于电子器件的封装和端接的方法和装置(Methods of and Device for Encapsulation and Termination of Electronic Devices)，，白勺 2002 年8月9日提交的美国专利申请S/N 10/215，190即现为美国专利No. 6，916，679的部分继 续申请，它们各自的全部内容通过引用结合于此。图1示出本发明实施例的截面侧视图。在该实施例中，导电表面180形成能量装 置的部分结构。在图1所示的实施例中，能量装置是具有由电解液140分开的阴极130和 阳极150的电化学电池。该实施例包含阻挡层120以及正端衬底110。绝缘层160封装电 化学电池，并带有从阳极150延伸至导电表面180的导体170地电化学。在一个特定实施例中，电化学电池是如美国专利申请S/N 11/561，277中所公开 的薄膜电池，且其全部内容通过引用之前结合于此。在该实施例中，自下而上地，该装置可 包含，例如，用作正极接触的金属箔衬底110 ；用作阴极集流器的阻挡层120，其优选例如由 两个导体子层组成；阴极130，优选例如由锂钴氧化物(LiCoO2)组成；固态电解液140，优选 例如由LiPON制成；以及阳极150，优选包括锂。绝缘/粘合层160优选例如由可覆盖电化 学装置的舍林(Surlyn)层以及可在导电表面180和电化学装置之间交织并与其接触的金 属网丝导体170制成。如图所示，举例而言，在图2A和2B中，电介质沈0的高度可与电容器或电池中的 电介质、或者电池或者电容器中的分离元件、或两者的组合的厚度相一致。举例而言，其可 表示电池阴极厚度加上分离器材料。举例而言，可由薄膜电池的阴极集流器提供图2B中的 衬底230。举例而言，可由电池的阳极集流器或分离元件提供天线元件观0。举例而言，可根 据在 Constantine A. Balanis 的天线理论、分析以及设计(Antenna Theory,Analysis and Design)，第二版，1982，1997，ISBN 0-471-59268-4中的描述导出各种元件的尺寸，该书的 全部内容结合于此。可通过设计调节电介质高度(h)、其介电常数(ε r)以及感兴趣的频率 (fr)。一旦设定这些值，例如以下方程可用于优化长度和适当的宽度比。天线长度可以是波长U)的一些偶数分之一，诸如λ/2、λ/4、λ/8、λ/16等。以下的Vtl是真空中的光速。
权利要求
1.一种用于发射和/或接收无线信号的能量装置，包括能量组件，以及作为所述能量组件的一组成部分的至少一个导电表面，其中，所述至少一个导电表面适配成接收和/或发射无线信号。
2.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述能量组件包括储能装置，所述储能 装置包括以下组中的任何装置电化学能储能装置、电能储能装置、磁能储能装置、机械能 储能装置、机电能储能装置、电磁能储能装置、热能储能装置、以及化学能储能装置。
3.如权利要求2所述的能量装置，其特征在于，所述储能装置包括选自以下组的组件 电池、薄膜电池、电容器、薄膜电容器、压电元件、电磁元件、热质容器、惯性轮、微惯性轮、微 机电系统(MEMQ、机械弹簧、具有氢容器的氢发生器、以及具有臭氧容器的臭氧发生器。
4.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述能量组件包括能量发生装置，所述 能量发生装置包括以下组中的任何装置发电机、化学能发生装置、燃料电池、水力发电机、 热发电机、压电发电机、佩尔蒂埃(Peltier)结热发电机、原子粒子发电机、光发电机、光热 发电机、磁致伸缩发电机以及磁致伸缩电活性发电机。
5.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述能量组件包括选自以下组的几何 形状正方形、矩形、三角形、多边形、圆形、曲线形、波形、以及厚度不均勻形。
6.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面包括适配到要 发射和/或接收的无线信号频率的电磁阻抗。
7.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面包括选自以下 组的材料电化学储能装置的阳极，电化学储能装置的阳极集流器，电化学储能装置的阴 极，电化学储能装置的阴极集流器，电化学储能装置的封装，电化学储能装置的衬底，电化 学储能装置的外壳，电容器负电极，电容器正电极，电容器外壳，机械能储能装置的外壳，机 械弹簧，惯性轮的金属框，机电气装置的外壳，压电元件的电极，电磁元件的布线，微机电系 统(MEMQ的电极，热能储能装置的外壳，化学能储能装置的外壳，燃料电池的外壳，燃料电 池电极，燃料电池之间的电互连，具有氢容器的氢发生器的外壳，具有臭氧容器的臭氧发生 器的外壳，Peltier发电机的电极，Peltier发电机内的导电导热散热片，Peltier发电机的 外壳，原子粒子发电机中的电极，原子粒子发电机的外壳，磁致伸缩发电机中的集流器，以 及磁致伸缩发电机的外壳。
8.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面包括选自以下 组的几何形状正方形、矩形、三角形、多边形、圆形、曲线形、波形、以及厚度不均勻形。
9.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面被结构上或者 化学上地改动以超出由所述能量组件所需的其主要功能，由此所述改动造成增大所述表面 用于接收和/或发射无线信号的能力。
10.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面厚度大于所述 能量组件厚度。
11.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面包括具有一长 度的表面区域，该长度在至少一个水平方向上大于所述能量组件的长度。
12.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面包括在平行于 所述组件层的方向上从其延伸出的至少一个导电突起。
13.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面包括在垂直于 所述组件层的方向上从其延伸出的至少一个导电突起。
14.如权利要求9所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面厚度大于所述能量组件厚度。
15.如权利要求9所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面包括具有一长 度的表面区域，该长度在至少一个水平方向上大于所述能量组件的长度。
16.如权利要求9所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面包括在大致平 行于所述组件层的方向上从其延伸出的至少一个导电突起。
17.如权利要求9所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面包括在大致垂 直于所述组件层的方向上从其延伸出的至少一个导电突起。
18.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述至少一个导电表面包括选自以下 组的材料金属、合金、半导体、导电有机物和聚合物、以及导电复合物。
19.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，还包括至少一个导电表面，其在所述 装置的制造期间作为添加的组件集成到所述装置中。
20.如权利要求19所述的能量装置，其特征在于，还包括具有外部天线的所述至少一 个导电表面。
21.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，还包括至少一个外部元件，其改进所 述无线信号的接收和/或发射，且其中所述外部元件选自以下组外部二极管、由所述外部 二极管和所述至少一个导电表面组成的硅整流二极管天线、外部全桥整流器、外部半桥整 流器、以及外部电抗组件，其中所述外部电抗组件是电容器、线圈、二极管、晶体管、RF扼流 器以及集成器件的任何组合。
22.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述装置的形状选自以下组正方形、 矩形、三角形、多边形、圆形、曲线形、波形、以及厚度不均勻形。
23.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述无线信号包括选自以下组的电磁 能电场耦合能、磁场耦合能、光波直接耦合能、光波热耦合能、激光或相干光耦合能、以及 亚毫米波长辐射耦合能。
24.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，所述无线信号选自以下组宽带频率、 窄带频率、定向能量、间接能量、特低频、超低频、甚低频、低频、中频、高频、甚高频、特高频、 超高频、极高频、红外光频率、可视光频率、紫外光频率、以及χ射线频率。
25.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，还包括多个导电表面。
26.如权利要求25所述的能量装置，其特征在于，所述多个导电表面适配成形成阵列， 所述阵列提供改进的无线信号发射和/或接收。
27.如权利要求沈所述的能量装置，其特征在于，所述阵列适配成提供在全向响应中 的所述无线信号的改进的发射和/或接收。
28.如权利要求沈所述的能量装置，其特征在于，所述阵列适配成提供在单向响应中 的所述无线信号的改进的发射和/或接收。
29.如权利要求25所述的能量装置，其特征在于，所述多个导电表面包括适配成发射 和/或接收无线信号的串联连接和/或并联连接。
30.如权利要求25所述的能量装置，其特征在于，所有导电表面包括基本相等的大小和形状。
31.如权利要求25所述的能量装置，其特征在于，至少一个所述导电表面包括与其它 导电表面基本不同的大小和形状。
32.如权利要求1所述的能量装置，其特征在于，还包括一个以上的能量组件。
33.如权利要求32所述的能量装置，其特征在于，所述一个以上能量组件串联连接和/ 或并联连接，且其中至少一个所述能量组件适配成提供适配成发射和/或接收无线信号的 导电表面。
34.如权利要求32所述的能量装置，其特征在于，所有能量组件包括基本相同的大小 和形状。
35.如权利要求32所述的能量装置，其特征在于，至少一个所述能量组件包括与其它 能量组件基本不同的大小和形状。
36.一种阵列包括多个如权利要求1所述的能量装置。
37.如权利要求36所述的阵列，其特征在于，所述能量装置串联连接和/或并联连接， 且其中至少一个所述能量装置提供适配成发射和/或接收无线信号的导电表面。
38.如权利要求36所述的阵列，其特征在于，所有能量装置包括基本相等的大小和形状。
39.如权利要求36所述的阵列，其特征在于，至少一个所述能量组件包括与其它能量 组件基本不同的大小和形状。
40.一种发射和/或接收电磁能无线信号的方法，包括在无线信号范围内设置至少一个能量装置，所述装置包括导电表面和能量组件； 穿过所述导电表面发射和/或接收无线信号。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，还包括改动所述导电表面的几何形状和/ 或化学组成以超出所述能量组件所需的其主要功能，从而改进所述无线信号的发射和/或 接收。
42.一种发射和/或接收无线信号以控制自治电路的方法，包括提供至少一个能量装置，所述装置包括导电表面，所述能量装置电连接到自治电路；以及穿过所述导电表面发射无线信号。
43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，还包括改动所述导电表面的几何形状和/ 或化学组成以改进无线信号的发射。
44.如权利要求42所述的方法，其特征在于，还包括接收对自治电气装置的控制信号。
45.一种针对已知信号调谐无线通信装置的无线信号发射和/或接收的方法，包括 在无线信号范围内提供如权利要求1所述的装置，其中所述导电表面具有用于第一已知发射和/或接收信号的第一表面区域和第一厚度。
46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，还包括在至少一个水平方向上将所述导 电表面的所述表面区域增大至第二表面区域。
47.如权利要求45所述的方法，其特征在于，还包括将所述导电表面厚度增大至第二 厚度。
48.如权利要求45所述的方法，其特征在于，还包括提供多个电磁导通表面。
49.如权利要求48所述的方法，其特征在于，还包括将所述多个导电表面中的至少两 个配置成阵列以改进无线信号的发射。
50.一种发射和/或接收无线信号以控制自治电路的方法，包括提供至少一个能量装置，所述装置包括导电表面，所述能量装置电连接到自治电路；以及穿过所述导电表面接收无线信号。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，还包括改动所述导电表面的几何形状和/ 或化学组成以改进无线信号的接收。
52.如权利要求50所述的方法，其特征在于，还包括接收对自治电气装置的控制信号。
53.如权利要求48所述的方法，其特征在于，还包括将所述多个导电表面中的至少两 个配置成阵列以改进无线信号的接收。
全文摘要
公开了例如用于发射和/或接收无线信号的装置、方法和系统。举例而言，本发明使用能量装置本身内的导电表面作为接收和/或发射无线通信信号的手段。该表面可以是能量装置的组成部分，诸如电池或电容器内的电荷集中表面，其主要向电池或电容器提供必要功能。本发明的另一实施例中，出于接收和/或发射无线通信信号的主要目的，金属或者导电表面可在制造期间附加到，特别是内建到能量装置中，不过该金属或导电表面就其它方面而言对于能量装置不是必要的。
文档编号G08B1/08GK102150185SQ200980135939
公开日2011年8月10日 申请日期2009年9月10日 优先权日2008年9月12日
发明者P·C·布兰特纳 申请人:无穷动力解决方案股份有限公司