專(zhuān)利名稱(chēng)：一種熱量能源采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微型電源領(lǐng)域，其特征在于對(duì)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(chǔ)存于儲(chǔ)能元件。主要目的是用于小型無(wú)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。
背景技術(shù)：
能源和環(huán)境與人類(lèi)社會(huì)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(shí)不斷加強(qiáng)，近年來(lái)越來(lái)越多企業(yè)把發(fā)展新能源作為提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力、保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(dòng)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(jìng)爭(zhēng)方案。工業(yè)的發(fā)展正向著微電子化、微功耗化、自動(dòng)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(kāi)發(fā)一種可以長(zhǎng)時(shí)間使用、將 周?chē)h(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(wèn)題，具有廣闊的應(yīng)用前景。雖然在短期的時(shí)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(wú)需更換電池或持續(xù)時(shí)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(shì)，將會(huì)成為用戶(hù)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(wú)線醫(yī)療設(shè)備、輪胎壓力檢測(cè)和樓宇自動(dòng)化市場(chǎng)等，尤其是在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中，諸如傳感器、自動(dòng)調(diào)溫器甚至光控開(kāi)關(guān)等，以前安裝時(shí)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(duì)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(lái)并轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)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(wú)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(wèn)題，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)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(chǔ)的問(wèn)題，提高能源的利用率。本發(fā)明采用的技術(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(chǔ)能量元件組成。其中所述的熱量能源采集器是一個(gè)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(chǔ)存能量元件由可充電電池組和可充電超級(jí)電容組成。
上述方案中，熱量能源采集系統(tǒng)熱量采集過(guò)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(dòng)boost升壓電路模塊使輸入電壓升高，同時(shí)boost升壓電路模塊產(chǎn)生穩(wěn)定電壓將儲(chǔ)存于電池組和可充電超級(jí)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(dòng)電壓，IC控制電路模塊產(chǎn)生信號(hào)使boost升壓電路模塊正常工作，經(jīng)過(guò)升壓電路模塊產(chǎn)生的電壓其中一部分經(jīng)過(guò)濾波電容儲(chǔ)存于電池組，另一部分電壓經(jīng)過(guò)濾波電容儲(chǔ)存于可充電超級(jí)電容中。所述熱量能源采集系統(tǒng)還包括電池組電壓信號(hào)采樣，采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)輸入信號(hào)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(gè)中斷信號(hào)關(guān)閉充電開(kāi)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(hào)采樣，采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)輸入信號(hào)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(gè)中斷信號(hào)關(guān)閉充電開(kāi)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(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)輸入信號(hào)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(gè)中斷信號(hào)關(guān)閉充電開(kāi)關(guān)電路，以保護(hù)系統(tǒng)安全。本發(fā)明具有以下優(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(chǔ)存于可充電電池組或者是超級(jí)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(guò)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(shí)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(shí)管理儲(chǔ)能元件的充電問(wèn)題，避免爆炸一類(lèi)的安全問(wèn)題發(fā)生。


圖I為本發(fā)明提出的總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明提出的總體流程圖。
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(jì)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(jí)電容等。本發(fā)明的具體實(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(dòng)電壓，IC控制電路模塊產(chǎn)生信號(hào)使boost升壓電路模塊正常工作，經(jīng)過(guò)升壓電路模塊產(chǎn)生的電壓其中一部分經(jīng)過(guò)濾波電容儲(chǔ)存于電池組，另一部分電壓經(jīng)過(guò)濾波電容儲(chǔ)存于可充電超級(jí)電容中。所述熱量能源采集系統(tǒng)還包括電池組電壓信號(hào)采樣，采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)輸入信號(hào)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(gè)中斷信號(hào)關(guān)閉充電開(kāi)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(hào)采樣，采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)輸入信號(hào)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(gè)中斷信號(hào)關(guān)閉充電開(kāi)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(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)輸入信號(hào)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(gè)中斷信號(hào)關(guān)閉充電開(kāi)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(gè)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(zhǎng)且工作環(huán)境不會(huì)受到人為的干涉和機(jī)械振動(dòng)的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)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(shū)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(shū)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(gè)輸出與電池組相連；另一個(gè)輸出與可充電超級(jí)電容相連。
5.熱量能源采集系統(tǒng)，其特征在于能夠?qū)h(huán)境中多余的熱量轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存于電池組和可充電的超級(jí)電容里面。
6.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)5所述的熱量能源采集系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)采集能量過(guò)程如下所述熱量能源采集器將環(huán)境中的多余的熱量轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化的電壓經(jīng)過(guò)boost升壓電路模塊將電壓升高，同時(shí)boost升壓電路模塊產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓儲(chǔ)存于電池組和可充電超級(jí)電容里面。IC控制電路模塊根據(jù)采集系統(tǒng)的相關(guān)信息判斷系統(tǒng)是否正常工作，若電池組電壓達(dá)到電池額定電壓，IC控制電路模塊將中斷電池組充電過(guò)程；若電池溫度達(dá)到額定的電池溫度，IC控制電路模塊也將中斷電池組充電過(guò)程；若電池組充電電流過(guò)高，IC控制電路模塊也將中斷電池組充電過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明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(gè)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)明能夠?qū)h(huán)境中多余的熱量成功的轉(zhuǎn)化成電能并存儲(chǔ)在電池組和可充電的超級(jí)電容中。若能源采集過(guò)程中電池組溫度過(guò)高、電池組電荷處于飽和狀態(tài)或者電池充電電流過(guò)大，IC控制電路模塊將關(guān)閉電池組充電狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02N11/00GK102938624SQ20111023242
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者樸昌浩 申請(qǐng)人:樸昌浩, 滕慶, 王進(jìn)