[發(fā)明專(zhuān)利]高負(fù)載能力的小型化環(huán)境能量采集存儲(chǔ)能源系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910635280.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110492585B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢思瑋;閻毓杰;王楠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H02J7/34
• 分類(lèi)號(hào): H02J7/34;H02M3/04;H02J7/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 11120
• 代理人: 溫子云;郭德忠

本發(fā)明公開(kāi)了高負(fù)載能力的小型化環(huán)境能量采集存儲(chǔ)能源系統(tǒng)及方法，通過(guò)構(gòu)建包括能量采集模塊、能量存儲(chǔ)模塊和壓降控制模塊的能源系統(tǒng)，并采用控制芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能操作的控制，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境能量的采集存儲(chǔ)，提高了能源系統(tǒng)的負(fù)載能力，同時(shí)縮小了能源系統(tǒng)的體積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源平臺(tái)裝置電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高負(fù)載能力的小型化環(huán)境能量采集存儲(chǔ)能源系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

許多工業(yè)的生產(chǎn)場(chǎng)合中往往伴隨復(fù)雜惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，由于生產(chǎn)場(chǎng)所設(shè)計(jì)之初未考慮到監(jiān)測(cè)需求，加上場(chǎng)地布局隨生產(chǎn)任務(wù)的變動(dòng)和時(shí)間的推移產(chǎn)生較大的變化，使后期采用傳統(tǒng)方法加裝各種監(jiān)測(cè)探頭的信號(hào)走線與取電改裝十分困難，而目前市面上一些無(wú)源無(wú)線監(jiān)測(cè)方案的環(huán)境能量采集存儲(chǔ)裝置負(fù)載能力低，僅能滿(mǎn)足無(wú)源無(wú)線測(cè)溫等一些能耗要求較低的監(jiān)測(cè)需求，且由于能耗限制，無(wú)線傳輸?shù)木嚯x較近，往往一個(gè)房間或一組工位就需要布置一個(gè)無(wú)線信號(hào)接收端，雖然免去了監(jiān)測(cè)探頭的走線與取電工作，卻增加了無(wú)線信號(hào)接收端的安裝難度與工作量。而通過(guò)單純堆疊儲(chǔ)能介質(zhì)(如蓄能電容)來(lái)提高負(fù)載能力的方案又極易帶來(lái)裝置體積變大，制約了工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。

因此，工業(yè)監(jiān)測(cè)應(yīng)用正在由傳統(tǒng)的有源有線方案向無(wú)源無(wú)線方案轉(zhuǎn)變，而環(huán)境能量采集存儲(chǔ)裝置的負(fù)載能力和體積又是制約無(wú)源無(wú)線工業(yè)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的重要因素。高負(fù)載能力且小型化的環(huán)境能量采集存儲(chǔ)裝置能夠搭載更多種類(lèi)的監(jiān)測(cè)芯片或模塊、更大功率的無(wú)線通信模塊，顯著擴(kuò)展工業(yè)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的監(jiān)測(cè)種類(lèi)，提升傳輸距離，增加應(yīng)用場(chǎng)景并降低實(shí)施成本。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了高負(fù)載能力的小型化環(huán)境能量采集存儲(chǔ)能源系統(tǒng)及方法，通過(guò)構(gòu)建包括能量采集模塊、能量存儲(chǔ)模塊和壓降控制模塊的能源系統(tǒng)，并采用控制芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能操作的控制，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境能量的采集存儲(chǔ)，提高了能源系統(tǒng)的負(fù)載能力，同時(shí)縮小了能源系統(tǒng)的體積。

本發(fā)明提供的一種高負(fù)載能力的小型化環(huán)境能量采集存儲(chǔ)能源系統(tǒng)，包括：能量采集模塊、能量存儲(chǔ)模塊和壓降控制模塊；

所述能量采集模塊將采集到的環(huán)境能量傳輸給所述能量存儲(chǔ)模塊；

所述能量存儲(chǔ)模塊采用超級(jí)電容存儲(chǔ)所述能量采集模塊采集到的環(huán)境能量，并將存儲(chǔ)的電能傳輸給所述壓降控制模塊，再將輸出電壓經(jīng)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(jù)所述分壓電壓與設(shè)定的所述能量存儲(chǔ)模塊輸出電壓閾值的關(guān)系，進(jìn)行儲(chǔ)能控制：所述控制芯片根據(jù)所述分壓電壓計(jì)算出所述能量存儲(chǔ)模塊的充電效率，再由此計(jì)算出所述能量存儲(chǔ)模塊達(dá)到其輸出電壓最大值所需的充電時(shí)間，在所述控制芯片休眠時(shí)長(zhǎng)達(dá)到所述充電時(shí)間時(shí)，喚醒所述控制芯片，并計(jì)算當(dāng)前所述分壓電壓與負(fù)載完成任務(wù)所需電壓之間的差值，當(dāng)所述電壓差值大于設(shè)定的所述能量存儲(chǔ)模塊輸出電壓最小值時(shí)，所述控制芯片啟動(dòng)負(fù)載，反之，所述控制芯片則繼續(xù)休眠，直到當(dāng)所述電壓差值大于設(shè)定的所述能量存儲(chǔ)模塊輸出電壓最小值，所述控制芯片啟動(dòng)負(fù)載。

進(jìn)一步地，所述能量存儲(chǔ)模塊包括超級(jí)電容、鉭電容、陶瓷濾波電容和磁珠，其連接方式為：一個(gè)以上的超級(jí)電容串聯(lián)后同兩個(gè)鉭電容、一個(gè)陶瓷濾波電容、一根穩(wěn)壓二極管、兩個(gè)串聯(lián)分壓電阻以及一個(gè)陶瓷濾波電容并聯(lián)，在陶瓷濾波電容與分壓電阻之間串聯(lián)一個(gè)磁珠。

進(jìn)一步地，所述壓降控制模塊包括電壓監(jiān)測(cè)芯片、P溝道場(chǎng)效應(yīng)管、低壓差線性穩(wěn)壓器、控制芯片、多個(gè)陶瓷濾波電容及多個(gè)限流電阻，所述低壓差線性穩(wěn)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(fù)極與所述能量存儲(chǔ)模塊的輸出負(fù)極相連；