[發明專利]高負載能力的小型化環境能量采集存儲能源系統及方法

有效

• 申請號: 201910635280.6
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN110492585B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 邢思瑋;閻毓杰;王楠
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34;H02M3/04;H02J7/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云;郭德忠

1.一種高負載能力的小型化環境能量采集存儲能源系統，其特征在于，包括：能量采集模塊、能量存儲模塊和壓降控制模塊；

所述能量采集模塊將采集到的環境能量傳輸給所述能量存儲模塊；

所述能量存儲模塊采用超級電容存儲所述能量采集模塊采集到的環境能量，并將存儲的電能傳輸給所述壓降控制模塊，再將輸出電壓經分壓電阻分壓后形成的分壓電壓傳輸給所述壓降控制模塊中的控制芯片；

所述壓降控制模塊采用所述控制芯片，根據所述分壓電壓與設定的所述能量存儲模塊輸出電壓閾值的關系，進行儲能控制：所述控制芯片根據所述分壓電壓計算出所述能量存儲模塊的充電效率，再由此計算出所述能量存儲模塊達到其輸出電壓最大值所需的充電時間，在所述控制芯片休眠時長達到所述充電時間時，喚醒所述控制芯片，并計算當前所述分壓電壓與負載完成任務所需電壓之間的差值，當所述電壓差值大于設定的所述能量存儲模塊輸出電壓最小值時，所述控制芯片啟動負載，反之，所述控制芯片則繼續休眠，直到當所述電壓差值大于設定的所述能量存儲模塊輸出電壓最小值，所述控制芯片啟動負載；

所述控制芯片儲能控制的過程，具體包括如下步驟：

步驟1、所述控制芯片內置所述能量存儲模塊輸出電壓的最大值V_H及最小值V_L；啟動負載之前，采集并存儲當前的所述分壓電壓V₀；

步驟2、啟動負載，負載執行完畢并進入休眠狀態后，采集并存儲當前的所述分壓電壓V₁，所述控制芯片進入休眠狀態；

步驟3、所述控制芯片在預設的休眠周期T_B后被喚醒，采集并存儲當前的所述分壓電壓V₂，采用公式(1)計算出電壓與時間的上升關系ΔV，再采用公式(2)計算出所述控制芯片所需的休眠時間T，然后所述控制芯片進入休眠狀態，經過休眠時間T后所述控制芯片被喚醒；

ΔV＝(V₂-V₁)/T_B (1)

T＝V_HM/ΔV (2)

其中，V_HM為V_H經過所述能量存儲模塊中分壓電阻分壓后的電壓；

步驟4、采集并存儲當前的所述分壓電壓V₃；

步驟5、當(V₃-(V₀-V₁))＞V_LM時，V_LM為V_L經過所述能量存儲模塊中分壓電阻分壓后的電壓，令V₀＝V₃，返回所述步驟2；當(V₃-(V₀-V₁))≤V_LM時，所述控制芯片進入休眠狀態，休眠設定的休眠周期T_B后所述控制芯片被喚醒，返回所述步驟4。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述能量存儲模塊包括超級電容、鉭電容、陶瓷濾波電容和磁珠，其連接方式為：一個以上的超級電容串聯后同兩個鉭電容、一個陶瓷濾波電容、一根穩壓二極管、兩個串聯分壓電阻以及一個陶瓷濾波電容并聯，在陶瓷濾波電容與分壓電阻之間串聯一個磁珠。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述壓降控制模塊包括電壓監測芯片、P溝道場效應管、低壓差線性穩壓器、控制芯片、多個陶瓷濾波電容及多個限流電阻，所述低壓差線性穩壓器的輸出引腳為壓降控制模塊的供電輸出正極引腳，所述壓降控制模塊的供電輸出負極與所述能量存儲模塊的輸出負極相連；

其中，所述電壓監測芯片的電源腳為所述壓降控制模塊的輸入正極，與所述能量存儲模塊的輸出正極連接，其輸出腳與電源腳之間串接限流電阻R4，并與P溝道場效應管的源極相連；所述P溝道場效應管的柵極與控制芯片的I/O引腳相連，其漏極在串聯限流電阻R3后與所述低壓差線性穩壓器的使能引腳相連；所述低壓差線性穩壓器的使能引腳與輸出引腳相連，所述低壓差線性穩壓器的使能引腳與延時電容C9相連并接地，所述低壓差線性穩壓器的輸出引腳與陶瓷濾波電容C8相連并接地，所述低壓差線性穩壓器的輸入引腳與陶瓷濾波電容C6相連并接地，再與所述電壓監測芯片的電源腳相連；所述控制芯片的AD引腳連接所述分壓電壓，其供電引腳與所述低壓差線性穩壓器的輸出引腳相連。