[發明專利]一種能量收集利用系統及方法

在審

• 申請號: 201710045073.6
• 申請日: 2017-01-21
• 公開（公告）號: CN106602691A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 安榮邦
• 申請（專利權）人: 安榮邦
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34;H02J7/35;H02J7/32
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 巴曉艷

技術領域

本發明涉及電能存儲與利用技術領域，特別涉及一種能量收集利用系統及方法。

背景技術

現今的時代，我們正在進入一個依靠傳感器和大數據運行的環境；在這個環境的底層，是不計其數的傳感器及執行設備；這些傳感器和執行設備，在相當長的一段時間內都是依靠電力來工作的；如此一來，將面臨一個非常大的挑戰：如何對如此多的傳感器和執行設備供電；用電力線給如此多的傳感器及執行設備供電是不現實的。如果用電池供電，則需要巨大的人力資源去維護。同時也會對環境造成很大的污染。2015年中國生產的電池數量是140億顆。而我們國家自己消耗的電池數量達到了生產數量的一半。隨著物聯網和人們的生活的進一步的緊密結合。可以預見人們的生活中的傳感器及其它低耗能設備的數量會極大地提高。用電池給如此多的設備進行供電是不可能的。

與此同時，在我們的生活環境中存在著各種不同形式的能量，例如，風，光，熱，電磁波和震蕩等等；如果我們能夠有效地收集這些能量并給傳感器等小設備供電，則能達到一舉數得的效果。例如，設備如果不壞就可以一直工作下去；可以不用電池從而減少環境污染；可以不用維護從而達到降低成本等等的好處。

但是，量收集面臨的主要挑戰之一就是通常那些被收集的能量非常小，小到收集系統本身的耗能可能大于收集到的能量。另外一個主要的挑戰是被收集的能量并不穩定。時大時小或者是時有時無。

發明內容

本發明的目的就是克服現有技術的不足，提供了一種能量收集利用系統及方法，同時考慮了超級電容和充電電池的優缺點，將兩者結合起來對用電負荷進行供電，提高了系統使用壽命，減少了人力成本。

本發明一種能量收集利用系統，包括能量收集模塊、最大功率追蹤控制電路、超級電容、升壓電路、充電管理電路、充電電池；

所述能量收集模塊用于收集能量并將所收集的能量轉化為電能，所述電能通過所述最大功率追蹤控制電路單向傳輸并儲存于所述超級電容；

所述超級電容通過所述升壓電路、充電管理電路與所述充電電池連接；當所述超級電容內的存電量大于設定閾值時，所述超級電容通過所述充電管理電路、升壓電路對所述充電電池進行充電。

進一步的，所述能量收集利用系統還包括用電負荷和電源管理電路，所述電源管理電路優先選擇所述超級電容對所述用電負荷供電，所述充電電池作為備用電源，當所述超級電容電力低于設定值時，所述電源管理電路選擇開關切換到所述充電電池對所述用電負荷供電。

進一步的，所述能量收集模塊與所述超級電容之間設置單向開關，所述單向開關為二極管。

進一步的，所述能量收集模塊為太陽能發電板、壓力能源收集板或天線。

進一步的，所述壓力能源收集板為壓電陶瓷。

進一步的，所述用電負荷為電子門鎖、停車場車位占用傳感器。

本發明還提供了一種能量收集利用方法，包括以下步驟：

步驟一、能量收集模塊收集能量并將所收集的能量轉換為電能，所述電能通過最大功率追蹤控制電路單向傳輸并儲存于超級電容；

步驟二、當所述超級電容儲存電力超過設定值時，所述超級電容通過升壓電路和充電管理電路對充電電池充電；

步驟三、電源管理電路優先選擇所述超級電容對所述用電負荷供電，所述充電電池作為備用電源，當所述超級電容電力低于設定值時，所述電源管理電路選擇開關切換到所述充電電池對所述用電負荷供電。

進一步的，步驟三中，所述超級電容或充電電池通過穩壓LDO對所述用電負荷供電。

本發明的有益效果為：系統大部分時間都是用超級電容作為供電能源，減少了充電電池的充放電次數，系統的使用壽命大大延長；系統在整個生命周期里從周圍環境中獲取能量并一直保持工作狀態，成為真正的免維護系統；系統簡單、實用，應用前景極為廣闊。

附圖說明

圖1所示為超級電容、充電電池的容量-電壓關系示意圖。

圖2所示為本發明一種能量收集利用系統的原理圖。

圖3所示為本發明實施例一種能量收集利用系統的結構示意圖。

圖4所示為實施例一結構示意圖。

圖5所示為實施例二結構示意圖。