[發明專利]一種無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統

在審

• 申請號: 201911401311.8
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111049250A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 尤政;戚南劍;王曉峰;莫秦川
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35;H02J7/34
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 李富華

1.一種無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統，其特征在于，采用了超級電容和鋰電池復合儲能，所述無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統由能量收集模塊、能量存儲模塊和輸出調節電路串聯組成；其中，能量收集模塊由太陽能電池和能量收集接口電路串聯組成；能量存儲模塊由鋰電池、單向DC/DC以及超級電容串聯組成；然后超級電容與輸出調節電路的輸入連接，輸出調節電路的輸出為無線傳感節點供電；

所述能量收集和儲存系統的具體組成是太陽能電池的正極連接能量收集接口電路，能量收集接口電路輸出的一路通過二極管D1連接到單向DC/DC的輸入端和鋰電池正極，鋰電池負極接地；另一路通過二極管D2連接到單向DC/DC的輸出端和超級電容的正端，超級電容的負端接地；然后超級電容的正端與輸出調節電路的輸入連接，輸出調節電路的輸出為無線傳感節點供電；

在該“H”構型的能量收集和儲存系統中，當太陽能功率充足時，能量收集接口的輸出通過二極管D2直接連接輸出調節電路為無線傳感節點供電，多余的能量通過二極管D1為鋰電池及超級電容充電；當太陽能功率不足時，超級電容為輸出調節電路補充供電，同時鋰電池也通過單向DC/DC為超級電容充電。

2.根據權利要求1所述一種無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統，其特征在于，所述能量收集模塊采用ADP5090升壓調節器組成；ADP5090升壓調節器的輸入與太陽能電池輸出連接；收集以太陽能為主的環境能量；該能量收集模塊能夠實現太陽能電池的最大功率跟蹤；另外，將太陽能電池輸出電壓轉化為儲能模塊所需要的充電電壓。

3.根據權利要求2所述一種無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統，其特征在于，所述太陽能電池最大功率跟蹤電壓(V_MPPT)與開路電壓(V_OC)的比例可以通過電阻R111和電阻R112進行設置，如下式：

該升壓調節器還具有電池管理功能，監測電池的電壓防止電池過度充電和放電。

4.根據權利要求1所述一種無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統，其特征在于，所述太陽能電池為硅基太陽能電池或者非硅基太陽能電池。

5.根據權利要求1所述一種無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統，其特征在于，所述能量存儲模塊采用LTC3335升降壓調節芯片可以實現多余環境能量的存儲，并在外界環境能量不足時，輸出電能為無線傳感節點供電。

6.根據權利要求1所述一種無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統，其特征在于，所述鋰電池為可充電鋰離子電池。

7.根據權利要求1所述一種無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統，其特征在于，所述超級電容為雙電層超級電容模組或金屬氧化物超級電容模組。

8.根據權利要求1所述一種無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統，其特征在于，所述單向DC/DC為單向升壓或升降壓直流電壓轉化器。

9.根據權利要求1所述一種無線傳感節點的“H”構型能量收集和儲存系統，其特征在于，所述輸出調節電路為直流穩壓電路，將能量存儲單元的電壓轉化為穩定的無線傳感節點供電電壓，采用LTC3532升降壓轉化器，其輸出電壓可調。