[發明專利]基于自然能量采集的全天候供電系統

在審

• 申請號: 202010596868.8
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111641230A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 孫冀東;王軍雷;多華娥
• 申請（專利權）人: 鄭州參宿物聯技術有限公司;河南煦達科技有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/32;H02J7/32;H02J7/35
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 蘇志洋

本發明提供了一種基于自然能量采集的全天候供電系統，包括能量采集模塊、能量收集模塊、調壓模塊、開關矩陣、電源管理模塊、主儲能模塊、副儲能模塊和輸出模塊，能量采集模塊包括至少一個微能量采集單元，每個微能量采集單元經整流轉換后均連接能量收集模塊，所述微能量采集單元連接調壓模塊進行調壓，所述調壓模塊的輸出側連接至開關矩陣，開關矩陣的輸出側擇一連接主儲能模塊、副儲能模塊或輸出模塊，輸出模塊為輸出開關，電源管理模塊用于各個模塊的管理和狀態監測。該系統具有利用自然能源發電、實現微電能采集、使用壽命大大延長、全生命周期免維護、能量最大化收集的優點。

技術領域

本發明涉及一種自然能源采集領域，具體的說，涉及了一種基于自然能量采集的全天候供電系統。

背景技術

隨著物聯網的發展，傳感器的應用場景越來越廣泛，在一個應用場景中，可以置入數十種傳感器，且形狀、位置各不相同，為了解決傳感器的用電問題，現有技術中多采用電池供電。

電池供電存在電池壽命有限的問題，一般兩三年需要更換一次電池，但是隨著傳感器數量的爆發，更換電池的工作成為限制傳感器使用的一大問題。

隨著微能量采集技術的發展，也有使用微能量為設備供電的方案，但是存在供電不穩定、仍需借助電池且電池壽命短暫等一系列問題。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種利用自然能源發電、實現微電能采集、適應場景廣泛、使用壽命大大延長、能量最大化收集的一種基于自然能量采集的全天候供電系統。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于自然能量采集的全天候供電系統，包括能量采集模塊、能量收集模塊、調壓模塊、開關矩陣、電源管理模塊、主儲能模塊、副儲能模塊和輸出模塊，所述能量采集模塊包括并列設置的至少一個微能量采集單元，每個所述微能量采集單元經整流轉換后均連接一個能量收集模塊進行能量積累，每個所述能量收集模塊連接一個調壓模塊進行調壓，各個所述調壓模塊的輸出側連接至開關矩陣，開關矩陣的輸出側可選的連接主儲能模塊、副儲能模塊或輸出模塊，所述輸出模塊包括在儲能電池、超級電容和開關矩陣間切換輸出的輸出開關；所述電源管理模塊連接能量收集模塊和調壓模塊，以便根據能量收集模塊的儲能量控制調壓模塊的啟閉；所述電源管理模塊還根據主儲能模塊、副儲能模塊和能量收集模塊的狀態，控制開關矩陣擇一連接所述主儲能模塊、副儲能模塊和輸出模塊。

基上所述，所述微能量采集單元為太陽能發電單元、振動發電單元、溫差發電單元中的一種或幾種，所述能量收集模塊為電容器。

基上所述，所述主儲能模塊為超級電容，所述副儲能模塊為電池，當所述電源管理模塊檢測到電容器的電壓值較高且穩定時，在保證負載運行穩定的前提下，預先為副儲能模塊充電，其次為主儲能模塊充電，再次通過輸出模塊為負載直接供電；當所述電源管理模塊檢測到電容器的電壓不穩定而導致無法直接通過輸出模塊為負載供電時，首先使用主儲能模塊的電能，其次使用副儲能模塊的電能。

基上所述，所述副儲能模塊的電能使用至近一半時，優先為副儲能模塊充電。

基上所述，所述電源管理模塊連接各個電容器以獲取電容的電壓值，所述電源管理模塊連接各個調壓模塊以根據獲得的電容的電壓值判斷是否啟動調壓模塊。

基上所述，所述電源管理模塊設置超低能耗模式和正常模式，根據采集到的能量收集模塊中電容的電壓信號，進行超低能耗模式和正常模式間的切換。

基上所述，所述電源管理模塊還包括一供電電源，所述供電電源連接至所述調壓模塊的輸出側。

一種基于自然能量采集的全天候供電系統進行供電的方法，包括以下步驟：

步驟1）能量采集模塊采集環境中的微能量，并通過整流轉換模塊輸出至電容器進行濾波、積累；