[發明專利]一種面向軌道交通車輛的振動能量收集和管理系統及方法

有效

• 申請號: 202010566368.X
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111817369B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 楊冬;王洪超;陳宏升;張宏科;郜帥
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J7/32
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李博洋

1.一種面向軌道交通車輛的振動能量收集和管理系統，其特征在于，包括：能量存儲模塊、能量消耗模塊以及能量管理模塊，其中：

所述能量存儲模塊，包括：

能量收集子模塊，用于收集目標對象在振動時產生的機械能，并將所述機械能轉換為目標直流電能；

超級電容，用于儲存所述目標直流電能；

所述能量管理模塊，包括：

充電控制開關電路，當所述超級電容電壓大于或等于第一預設電壓閾值時，所述充電控制開關電路導通，將所述超級電容儲存的目標直流電能傳輸至穩壓電路；

穩壓電路，用于接收所述目標直流電能，并調整所述目標直流電能，生成穩壓輸出電能，輸入至無線傳感器節點；

所述能量消耗模塊，包括無線傳感器節點，所述無線傳感器節點包括：

ADC監測子模塊，用于監測所述超級電容電壓，當所述超級電容電壓小于第二預設電壓閾值時，控制所述無線傳感器節點保持休眠；當所述超級電容電壓大于或等于第二預設電壓閾值時，控制所述無線傳感器節點開始工作；所述第一預設電壓閾值大于充電陷阱電壓，所述第二預設電壓閾值大于所述第一預設電壓閾值。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述能量收集子模塊，具體包括：

第一轉換子單元，用于收集目標對象在振動時產生的機械能，并將所述機械能轉換為電能，所述電能為交流電能；

第二轉換子單元，用于將所述交流電能轉換為直流電能，并過濾所述直流電能中的噪聲，生成目標直流電能。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述充電控制開關電路，還用于：當所述超級電容電壓小于第一預設電壓閾值時，隔離所述無線傳感器節點、所述充電控制開關電路以及所述穩壓電路，實現所述目標直流電能在超級電容中的儲存。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述穩壓電路具體用于：

當所述目標直流電能對應的第一目標電壓小于預設穩定輸出電壓時，將所述第一目標電壓升壓，生成所述穩壓輸出電能；

當所述目標直流電能對應的第二目標電壓大于預設穩定輸出電壓時，將所述第二目標電壓降壓，生成所述穩壓輸出電能。

5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述無線傳感器節點，還包括：工作子模塊，用于當所述無線傳感器節點開始工作時，監測所述目標對象的運行狀態，并傳輸所述目標對象的運行狀態信息。

6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述ADC監測子模塊還用于：當所述無線傳感器節點傳輸所述目標對象的運行狀態信息之后，監測所述超級電容電壓，當所述超級電容電壓小于第二預設電壓閾值時，控制所述無線傳感器節點保持休眠；所述充電控制開關電路還用于：當所述超級電容電壓小于第三預設電壓閾值時，重新隔離所述無線傳感器節點以及所述穩壓電路，實現所述目標直流電能在超級電容中的儲存，所述第三預設電壓閾值與所述第一預設電壓閾值相等。

7.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，還包括：模擬子模塊，包括振動控制器、功率放大器、振動臺，用于構建模擬激振系統，模擬所述目標對象的振動運行，生成機械能。

8.一種面向軌道交通車輛的振動能量收集和管理方法，其特征在于，包括：

收集目標對象在振動時產生的機械能，并將所述機械能轉換成目標直流電能，在超級電容中儲存所述目標直流電能；

當所述超級電容電壓大于或等于第一預設電壓閾值時，導通充電控制開關電路，將所述超級電容儲存的所述目標直流電能傳輸至穩壓電路；

接收所述目標直流電能，并調整所述目標直流電能，生成穩壓輸出電能；

當所述超級電容電壓小于第二預設電壓閾值時，控制無線傳感器節點保持休眠；

當所述超級電容電壓大于或等于第二預設電壓閾值時，控制所述無線傳感器節點開始工作；所述第一預設電壓閾值大于充電陷阱電壓，所述第二預設電壓閾值大于所述第一預設電壓閾值。