[發明專利]一種基于熱能與振動能的復合式能量收集微電源電路

有效

• 申請號: 201310243994.5
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103337898A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 余華;劉鵬宇;岳秋琴;楊世博;周潔琳;張智博
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34;H02J15/00;H02J7/00
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

技術領域

本發明屬于微能量收集技術領域，具體涉及一種基于熱能與振動能的復合式能量收集微電源電路。

背景技術

目前，無線傳感器網絡技術廣泛應用于環境監測、生物醫學、軍事活動以及居民生活等領域。體積小、低功耗的無線傳感器節點是無線傳感器網絡的基本組成部分，但是由于自身攜帶的電池工作能量壽命有限，無法長時間地驅動無線傳感器節點，頻繁的電池維護使成本大大增加，甚至在某些特殊的應用場景如結構健康檢測、醫療植入式器件等不可能替換電池，所以傳統的電池供電已經成為無線傳感器網絡技術發展的瓶頸問題，而收集微弱的環境能量并轉化為電能為無線傳感器節點供電成為一種有效的方式，近年來微能量收集技術已成為國內外學者研究的熱點。

自然環境中充滿了大量的環境能量，主要能源有太陽能、熱能、風能、電磁能以及振動能等。這些環境能量具有可以直接開發和利用、無需開采和運輸等優點，因此收集環境能量為人類服務具有很大的現實意義。由于熱能、振動能在任何環境下都普遍存在，尤其在人類活動的場所中，熱能和振動能儲備較為豐富，因此收集熱能和振動能量為無線傳感器節點等微功耗設備供能具有重要的意義。

熱能是所有自然環境資源中儲量較為豐富的可再生資源之一，也是目前研究中較為廣泛的能源之一，具有免維護、無需復雜的機械移動等優點，它的開發和利用仍具有廣闊的潛力。

振動能是一種廣泛存在的能量形式，在許多人類難以工作的環境下也存在豐富的振動能，特別是廣泛存在于汽車、飛機、橋梁等大型機械的場合中，因此研究振動能收集技術具有普遍意義，受到了學術界和工業界的關心和重視，現在已經有許多科研單位已經投入到振動能量的收集和利用中。

由于受環境因素以及能量收集器自身體積等制約，能量收集器從環境中收集的總能量不高，而且可利用的熱能具有不穩定性，同時振動能量也具有隨機性，無法持續為負載供能，因此采用單一形式的能量收集方式在特殊情況下無法有效地完成傳感器節點供能，具有不穩定性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題就是提供一種基于熱能和振動能的復合式能量收集微電源電路，它既能延長電池的工作壽命，又能克服單一形式的能量收集方式造成供給負載的能量不穩定。

本發明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現的，它包括有熱發電模塊、振動發電模塊、并聯接口模塊、能量瞬時釋放模塊和穩壓模塊，熱發電模塊和振動發電模塊產生的電能輸送至并聯接口模塊，并聯接口模塊暫時儲存電能，經能量瞬時釋放模塊的閥值控制后，傳送至穩壓模塊升壓，供給負載，負載兩端還接有電池供電模塊。

電池供電模塊在瞬時釋放模塊停止供電期間給負載供電。

由于本發明有熱發電模塊進行熱電轉化利用，振動發電模塊對振動能轉化為電能進行儲存利用，同時還擁有電池供電模塊給供電，這樣為負載提供了連續不斷的能量，同時由于本發明由多電源向負載供電，延長了電池的工作壽命。所以本發明具有如下的優點：供給負載的能量穩定，且延長了電池的工作壽命。

附圖說明

本發明的附圖說明如下：

圖1為本發明的結構框圖；

圖2為本發明的熱發電模塊的電路圖；

圖3為本發明的振動發電模塊的電路圖；

圖4為本發明的整體電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

本發明的構思是：熱能收集模塊中熱電偶與升壓變換器之間電路連接，熱電偶將環境中的熱能轉化為電能，通過升壓變換器將輸出的低電壓升高；振動能收集模塊中振動換能器與橋式整流電路之間電路連接，橋式整流電路與阻抗匹配電路之間電路連接，阻抗匹配電路中的DC-DC變換器的開關導通與關斷由方波發生電路來控制，DC-DC變換器與方波發生電路之間電路連接；并聯接口電路中通過兩個并聯二極管將熱能收集模塊、振動能收集模塊連接起來，然后與超級電容之間電路連接，將轉化的電能存儲在超級電容中；超級電容與能量瞬時釋放模塊之間電路連接，控制超級電容釋放能量的時機；能量瞬時釋放模塊與穩壓模塊之間電路連接，將超級電容的電壓進行升壓后供給負載；電池供電模塊與負載之間電路連接，由能量瞬時釋放模塊的遲滯電壓比較器的輸出控制該模塊與負載之間的導通、關斷。