[發明專利]用于可變電容換能器的開關輔助二極管鉗位能量收集系統

有效

• 申請號: 201880082730.7
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN111492570B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 里克·萬克賽爾
• 申請（專利權）人: 瑞士單浮筒系泊公司
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;王艷春

公開了電能收集系統，包括至少一個可變電容器(優選地電活性聚合物器件)、兩個電壓源和半橋網絡。所述電壓源布置為通過所述第一電壓源(V1)的第一極性的端子(T11)和所述第二電壓源(V2)的第二極性的端子(T22)之間的互連節點(N1)串聯連接。對于每個可變電容器，所述半橋網絡包括：一對二極管(D1,D2)，所述一對二極管(D1,D2)通過所述一對二極管之間的公共節點(N2)串聯連接，所述一對二極管并聯連接到所述第一電壓源(V1)；連接在所述公共節點(N2)與所述可變電容器(Cs)的所述第一端子(TC1)之間的電感器(L)、與第一二極管(D1)并聯的第一開關(S1)和與第二二極管(D2)并聯的第二開關(S2)。可變電容器的第二端子(TC2)連接到第二電壓源(V2)的第一極性端子(T21)。

技術領域

本發明涉及一種用于從至少一個可變電容器收集電能的能量收集系統。此外，本發明涉及一種使用這種能量收集系統從至少一個可變電容器收集電能的方法。

背景技術

WO2010/146457公開了一種具有可變電容器的環境發電機，每個可變電容器包括反復拉伸和松弛的一層可拉伸材料和位于該層的相對面上的電極，所述環境發電機包括聯接到至少一對電容器的電極的功率提取單元。所述單元將電荷(電流)從具有較高電壓的第一對電極引導到具有較低電壓的一個或多個第二對電極，以對第二對電極進行再充電。在電流流動期間，通過流經單元的電流的降電壓(drop-in voltage)來提取電功率。功率提取單元可以設置有控制單元，該控制單元具有電壓檢測器并且基于電壓檢測器的電壓選擇性地連接電容器，以在產生功率輸出時獲得最大的效率。根據現有技術，可變電容器連接到由一對反并聯二極管組成的半橋，這形成被動收集系統，其中充電和放電循環遵循可變電容器的電容的變化，例如，由作用在可變電容器上的變化的外力引起的變化。在R.vanKessel，A.Wattez和P.Bauer的“Analyses and comparison of an energy gaping systemfor dielectric elastomergenerator using a passive gaping concept:the voltage-clamped multiphase system”(SS/NDE2015-Electroactive Polymer Actuators andDevices(EAPAD)XVII，ser.Proc.SPIE,vol.9430,2015，會議論壇)中已經公開了對這種能量收集系統的描述。

現有技術的能量收集系統具有相對較低的能量獲取能力，特別是對于小的電容變化水平。結果，由于介電損耗是大致恒定的并且與電容變化無關，所以在特別小的電容變化水平下能量收集系統具有低效率。

本發明的一個目的是克服或減輕現有技術的缺點。

發明內容

該目的通過如權利要求1限定的能量收集系統來實現。

通過針對每個可變電容器合并電感器、第一開關和第二開關，其中電感器連接在各個可變電容器的公共節點和第一電容器端子之間，并且其中第一開關與第一二極管并聯連接，并且第二開關與第二二極管并聯連接，實現了附加的升壓和降壓轉換器。此外，在根據本發明的能量收集系統中，第二電壓源向源極側提供偏置電源，使得對于相同的可變電容器電壓，主動部件暴露于較低的電壓。結果，與現有技術的能量收集系統相比，需要較少的能量轉換，這導致相對較低的損失。

此外，本發明涉及一種用于操作如權利要求13所限定的能量收集系統的方法。

該方法提供了一種主動切換模式，包括在放電時間間隔的一部分期間將第二開關設置在調制導通狀態，同時第一開關保持在非導通狀態，以及在充電時間間隔的一部分期間將第一開關設置在調制導通狀態，同時第二開關保持在非導通狀態。

在主動充電或放電間隔期間，在調制導通狀態下，各個開關以通常幾kHz的速率連續地接通和斷開，由此互補開關/二極管對還提供電流路徑(續流二極管)。