[實(shí)用新型]多源能源采集與儲(chǔ)存集成系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220453670.5
• 申請(qǐng)日: 2012-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN202721168U
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳遠(yuǎn)寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陳遠(yuǎn)寧
• 主分類號(hào): H01L31/058
• 分類號(hào): H01L31/058
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及能量采集和存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多源能源采集與儲(chǔ)存集成系統(tǒng)。

背景技術(shù)

最近集成電路技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展了超低功耗應(yīng)用的芯片，它用電量低，可以通過采集周圍環(huán)境中能量源的供電方式，形成自供電電子系統(tǒng)。例如，在無線聯(lián)網(wǎng)中的自有源傳感器系統(tǒng)中，包括微控制器、傳感器輸入的模擬/數(shù)字（A?/?D）轉(zhuǎn)換器和無線射頻收發(fā)器的功能，它可以結(jié)合光伏能量收集裝置供電與充電電化學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備（充電電池）。

對(duì)于本實(shí)用新型所涉及的光電能量采集器、振動(dòng)能量采集器、射頻充電器和固體電池，雖然分別已經(jīng)有相關(guān)的報(bào)道，但是，將多種能源轉(zhuǎn)換器與存儲(chǔ)器集成為一個(gè)器件是一項(xiàng)全新的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)方案需要解決一系列新的問題，如：選擇物理性能優(yōu)良價(jià)格合理的材料以保證器件良好的能源轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)性能；采取有效的隔離屏蔽設(shè)計(jì)以防止集成器件之間可能產(chǎn)生的相互干擾。

無線傳感器件根據(jù)不同應(yīng)用設(shè)計(jì)的需要,對(duì)電源有不同的要求。有些傳感器器件需要一種可以自行充電的電源來延長器件的使用壽命，降低維護(hù)成本。這時(shí)太陽能光伏電池是理想的選擇，因?yàn)樘柲茈姵亟Y(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡單，性能比較穩(wěn)定,而且所需的光能很容易獲得。光電能量采集器基于太陽能電池的工作原理，由光子激發(fā)電子空穴對(duì)，半導(dǎo)體PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)將電子與空穴分離到相反的PN結(jié)兩端產(chǎn)生電勢(shì)。太陽能電池的有效率受很多因素影響，例如半導(dǎo)體材料本身的光吸收系數(shù)，少子壽命，器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗反射層的特性等。相對(duì)其它能源，光伏技術(shù)采集技術(shù)較成熟，其能量采集率相對(duì)高，太陽能源存在范圍最廣，綠色清潔，作為能量采集技術(shù)目前頗受青睞。微太陽能電池技術(shù)作為較成熟的技術(shù)已經(jīng)有公司進(jìn)行開發(fā)，其中包括美國Clare?Corporation；IXYS?Corp；和以色列?Sol?Chip?等公司，他們利用半導(dǎo)體材料的微加工技術(shù)，可以將光敏物質(zhì)做得很薄,電池體積可以做得很小,能夠滿足無線傳感器件的需要。但是，現(xiàn)有的微光伏采集產(chǎn)品尚未與能量存儲(chǔ)器集成，使用時(shí)需要外加能量存儲(chǔ)器，增加了系統(tǒng)的體積和成本。現(xiàn)有的光伏采集產(chǎn)品的成本也偏高。

振動(dòng)發(fā)電的原理是利用壓電材料的壓電效應(yīng)，電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象而產(chǎn)生正負(fù)相反的電荷。振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能的表述如下：P?~?A²m/ω，其中P：能量，A:加速因子，m：質(zhì)量，ω：振動(dòng)頻率，產(chǎn)生的能量與質(zhì)量和振動(dòng)頻率有直接關(guān)系。

射頻發(fā)電和充電最近受到許多關(guān)注，但是其能量采集率低，可用能量源很局限，能量源須非常接近其能量采集器。這些特性限制了射頻發(fā)電的應(yīng)用。目前射頻技術(shù)用于能量傳遞，有很好的應(yīng)用前景，如電動(dòng)汽車的充電，無線傳感網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)充電。射頻能量采集器或充電器是根據(jù)簡化Friis公式計(jì)算：???????????????????????????????????????????????，其中P_r：接受天線能量；P_t：傳送天線能量；G_t:?傳送天線增益；G_r：接受天線增益；R：距離；λ：波長。

在微能源存儲(chǔ)技術(shù)方面，鋰蓄電池有比較高的比能量(100～200?Ah/kg)?和優(yōu)良的循環(huán)使用性能。薄膜微電池作為傳感器件的主要電源和備用電源有許多可能的應(yīng)用。比如,微型的醫(yī)療器件,遠(yuǎn)程的傳感器,小型的發(fā)報(bào)器,智能卡。作為備用電源可以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器卡和其他類型的靜態(tài)存儲(chǔ)器等等。美國OakRidge?國家實(shí)驗(yàn)室用物理濺射的方法制備了全固態(tài)的薄膜電池。這種薄膜鋰蓄電池體的厚度僅為15μm?,這種電池可以制成任意形狀以滿足特定的應(yīng)用需要,只要保證電解質(zhì)完全的隔離了正極和負(fù)極。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)：（1）現(xiàn)有的能量采集器件只能轉(zhuǎn)化單一能源為電能；（2）在無線傳感網(wǎng)的應(yīng)用中，作為能量采集和存儲(chǔ)的元件目前尚為分立器件，成本高，體積大。本實(shí)用新型的目的是集成多源能量采集和能量存儲(chǔ)技術(shù)，將環(huán)境中多種能源（光，振動(dòng)，及射頻）同時(shí)轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)在同一器件內(nèi)，輸出再生、不間斷的電能，使其應(yīng)用系統(tǒng)升級(jí)為自動(dòng)供電系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型系統(tǒng)的技術(shù)方案如下：