一種熱量能源采集系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種熱量能源采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由熱量能源采集器和能源管理電路組成。其中熱量能源采集器是一個基于半導(dǎo)體的熱力發(fā)電機(jī)，其原理是將熱能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。所述的能源管理電路主要由IC控制電路模塊、升壓電路模塊和保護(hù)電路組成。本發(fā)明專利技術(shù)能夠?qū)h(huán)境中多余的熱量成功的轉(zhuǎn)化成電能并存儲在電池組和可充電的超級電容中。若能源采集過程中電池組溫度過高、電池組電荷處于飽和狀態(tài)或者電池充電電流過大，IC控制電路模塊將關(guān)閉電池組充電狀態(tài)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于微型電源領(lǐng)域，其特征在于對環(huán)境中熱量能源的采集，并將采集的能量轉(zhuǎn)化為電能儲存于儲能元件。主要目的是用于小型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其它低功耗器件供電，提高能源的利用率。
技術(shù)介紹
能源和環(huán)境與人類社會的生存和發(fā)展密切相關(guān)，隨著全球?qū)Νh(huán)保和節(jié)能意識不斷加強(qiáng)，近年來越來越多企業(yè)把發(fā)展新能源作為提高產(chǎn)業(yè)競爭能力、保持經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措。目前，從環(huán)境中提取未利用能源(溫差、振動等)的能源采集技術(shù)，正日益成為各種應(yīng)用領(lǐng)域中有力的競爭方案。工業(yè)的發(fā)展正向著微電子化、微功耗化、自動化方面快速的發(fā)展，這就導(dǎo)致了環(huán)境能源采集技術(shù)的迅猛發(fā)展。開發(fā)一種可以長時間使用、將 周圍環(huán)境能源轉(zhuǎn)化為電能的微能源采集系統(tǒng)，是人們期待解決的重要問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。雖然在短期的時間內(nèi)，微能源采集系統(tǒng)還不能完全取代所有領(lǐng)域所使用的電池或供電系統(tǒng)，但其還是憑借其無需更換電池或持續(xù)時間可達(dá)數(shù)年、低功耗、自采集與自供能、綠色環(huán)保等眾多優(yōu)勢，將會成為用戶和工業(yè)生產(chǎn)的選擇。在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中，例如交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施、無線醫(yī)療設(shè)備、輪胎壓力檢測和樓宇自動化市場等，尤其是在樓宇自動化系統(tǒng)中，諸如傳感器、自動調(diào)溫器甚至光控開關(guān)等，以前安裝時通常使用的電源或控制配線，現(xiàn)在已經(jīng)不需要了，取而代之是，它們采用了局部能量采集系統(tǒng)。對于那些微電子設(shè)備工作的環(huán)境中可能存在著多余的熱量，能夠?qū)⑦@些多余的熱量采集起來并轉(zhuǎn)化為電能儲存起來或者直接給微電子設(shè)備供電，這種方法是可行的。在眾多的無線傳感器、遠(yuǎn)程監(jiān)視器和其它低功耗應(yīng)用正逐步走向零電源設(shè)備，它們中有一小部分就采用了熱量能源采集系統(tǒng)。將環(huán)境中多余熱量轉(zhuǎn)化為電能的熱量能源采集系統(tǒng)，一直是人們希望解決的問題，具有廣泛的實(shí)用價值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于設(shè)計了一種熱量能源采集系統(tǒng)，從而解決了環(huán)境中熱量能源采集存儲的問題，提高能源的利用率。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下熱量能源采集系統(tǒng)包括熱量能源采集器、能源管理電路及其存儲能量元件組成。其中所述的熱量能源采集器是一個基于半導(dǎo)體的熱力發(fā)電機(jī)，它能將溫差轉(zhuǎn)化成電能的裝置。所述方案中，熱量能源采集系統(tǒng)能源管理電路主要由boost升壓電路模塊和IC控制電路模塊組成。其中所述的boost升壓電路模塊由低功耗的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換芯片組成；IC控制電路模塊由低功耗的微控制器組成。所述方案中，熱量能源采集系統(tǒng)儲存能量元件由可充電電池組和可充電超級電容組成。上述方案中，熱量能源采集系統(tǒng)熱量采集過程如下熱量能源采集器將環(huán)境中的熱量轉(zhuǎn)化為電能，IC控制電路模塊采集輸入電壓，如果輸入電壓達(dá)到boost升壓電路模塊的最小輸入電壓，IC控制電路模塊將啟動boost升壓電路模塊使輸入電壓升高，同時boost升壓電路模塊產(chǎn)生穩(wěn)定電壓將儲存于電池組和可充電超級電容里面。所述熱量能源·采集系統(tǒng)的總體工作流程如下熱量能源采集器將環(huán)境中的熱量轉(zhuǎn)化為電能，IC控制電路模塊采集輸入的電壓，若輸入電壓達(dá)到boost升壓電路模塊的最小啟動電壓，IC控制電路模塊產(chǎn)生信號使boost升壓電路模塊正常工作，經(jīng)過升壓電路模塊產(chǎn)生的電壓其中一部分經(jīng)過濾波電容儲存于電池組，另一部分電壓經(jīng)過濾波電容儲存于可充電超級電容中。所述熱量能源采集系統(tǒng)還包括電池組電壓信號采樣，采樣信號經(jīng)過運(yùn)算放大器輸入到IC控制電路模塊，IC控制電路模塊通過輸入信號判斷電池組電壓是否達(dá)到飽和狀態(tài)。若電池組電壓達(dá)到飽和狀態(tài)，IC控制電路模塊產(chǎn)生一個中斷信號關(guān)閉充電開關(guān)電路，以保護(hù)系統(tǒng)安全。所述熱量能源采集系統(tǒng)還包括電池組電流信號采樣，采樣信號經(jīng)過運(yùn)算放大器輸入到IC控制電路模塊，IC控制電路模塊通過輸入信號判斷電池組電流是否達(dá)到額定電流。若電池組電流達(dá)到額定電流，IC控制電路模塊產(chǎn)生一個中斷信號關(guān)閉充電開關(guān)電路，以保護(hù)系統(tǒng)安全。所述熱量能量采集系統(tǒng)還包括熱敏電阻采樣電池底部溫度，采樣溫度信號經(jīng)過運(yùn)算放大器輸入到IC控制電路模塊，IC控制電路模塊通過輸入信號判斷電池溫度是否達(dá)到額定溫度。若電池溫度達(dá)到電池額定溫度，IC控制電路模塊產(chǎn)生一個中斷信號關(guān)閉充電開關(guān)電路，以保護(hù)系統(tǒng)安全。本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)降低成本熱量能源采集系統(tǒng)能夠?qū)h(huán)境中的熱量轉(zhuǎn)化為電能儲存于可充電電池組或者是超級電容中，其采集的電能可以為低功耗的元器件供電，降低了傳統(tǒng)布設(shè)電源線的成本和更換電池所需的成本。(2)元器件低功耗熱量能源采集系統(tǒng)采用低功耗元器件，降低了系統(tǒng)的功率損耗。(3)提高能源利用率環(huán)境中的熱量能源“取之不盡”，通過能量采集可以提高自然界中的熱量能源利用效率。(4)管理方便熱量能源采集系統(tǒng)的IC控制模塊能及時采集系統(tǒng)的相關(guān)信息(如電壓、電流、溫度等)，根據(jù)采集的相關(guān)信息及時管理儲能元件的充電問題，避免爆炸一類的安全問題發(fā)生。附圖說明圖I為本專利技術(shù)提出的總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本專利技術(shù)提出的總體流程圖。具體實(shí)施方式 圖I為熱量能源采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。該熱量能源采集系統(tǒng)設(shè)計包括熱量能源采集器、boost升壓電路模塊、IC控制電路模塊、電池組、可充電超級電容等。本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式如圖2所示，其總體工作流程如下所述熱量能源采集器將環(huán)境中的熱量轉(zhuǎn)化為電能，IC控制電路模塊采集輸入的電壓，若輸入電壓達(dá)到boost升壓電路模塊的最小啟動電壓，IC控制電路模塊產(chǎn)生信號使boost升壓電路模塊正常工作，經(jīng)過升壓電路模塊產(chǎn)生的電壓其中一部分經(jīng)過濾波電容儲存于電池組，另一部分電壓經(jīng)過濾波電容儲存于可充電超級電容中。所述熱量能源采集系統(tǒng)還包括電池組電壓信號采樣，采樣信號經(jīng)過運(yùn)算放大器輸入到IC控制電路模塊，IC控制電路模塊通過輸入信號判斷電池組電壓是否達(dá)到飽和狀態(tài)。若電池組電壓達(dá)到飽和狀態(tài)，IC控制電路模塊產(chǎn)生一個中斷信號關(guān)閉充電開關(guān)電路，以保護(hù)系統(tǒng)安全。所述熱量能源采集系統(tǒng)還包括電池組電流信號采樣，采樣信號經(jīng)過運(yùn)算放大器輸入到IC控制電路模塊，IC控制電路模塊通過輸入信號判斷電池組電流是否達(dá)到額定電流。若電池組電流達(dá)到額定電流，IC控制電路模塊產(chǎn)生一個中斷信號關(guān)閉充電開關(guān)電路，以保 護(hù)系統(tǒng)安全。所述熱量能量采集系統(tǒng)還包括熱敏電阻采樣電池底部溫度，采樣溫度信號經(jīng)過運(yùn)算放大器輸入到IC控制電路模塊，IC控制電路模塊通過輸入信號判斷電池溫度是否達(dá)到額定溫度。若電池溫度達(dá)到電池額定溫度，IC控制電路模塊產(chǎn)生一個中斷信號關(guān)閉充電開關(guān)電路，以保護(hù)系統(tǒng)安全。權(quán)利要求1.熱量能源采集系統(tǒng)，其特征在于由熱量能源采集器和能源管理電路組成。所述的熱量能源采集器是一個基于半導(dǎo)體的熱力發(fā)電機(jī)，它能將熱能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。其特點(diǎn)在于熱量能源采集器的工作壽命長且工作環(huán)境不會受到人為的干涉和機(jī)械振動的影響。2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的熱量能源采集系統(tǒng)，其特征在于所述的熱量能源采集器和能源管理電路組成。所述的能源管理電路其特征在于主要由IC控制電路模塊、boost升壓電路模塊和保護(hù)電路組成。3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的熱量能源采集系統(tǒng)，其特征在于IC控制電路模塊主要由低功耗的微控制器組成；b00st升壓電路模塊主要由DC/DC升壓轉(zhuǎn)換芯片組成，其特征在于能夠在低電壓輸入情況下正常工作。4.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的熱量能源采集系統(tǒng)，其特征在于boost升壓電路模塊其中一個輸出與電池組相連；另一個輸出與可充電超級電容相連本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
熱量能源采集系統(tǒng)，其特征在于由熱量能源采集器和能源管理電路組成。所述的熱量能源采集器是一個基于半導(dǎo)體的熱力發(fā)電機(jī)，它能將熱能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。其特點(diǎn)在于熱量能源采集器的工作壽命長且工作環(huán)境不會受到人為的干涉和機(jī)械振動的影響。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：樸昌浩，
申請(專利權(quán))人：樸昌浩，滕慶，王進(jìn)，
類型：發(fā)明
國別省市：