CN105978125B - 基于热-电槽的供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于热‑电槽的供电系统，包括：热‑电槽、第一控制电路、储能模块、第二控制电路及负载；热‑电槽包括热端、冷端以及设置于热端和冷端之间的热‑电片，热端包括进水口以及出水口，进水口与一级热源联通，出水口与二级热源联通；第一控制电路包括Boost变换模块、电流检测模块、PWM控制模块以及电压取样模块，Boost变换模块与热‑电片电连接，电流检测模块用于获取Boost变换模块的电流信息，电压取样模块用于获取热‑电槽、储能模块以及电流检测模块的电压信息，并将电压信息传输给PWM控制模块，PWM控制模块根据电压信息控制Boost变换模块向储能模块充电，负载与储能模块电连接；第二控制电路用于根据储能模块的输出电压控制进水口。

Description

基于热-电槽的供电系统

技术领域

本发明涉及一种基于热-电槽的供电系统。

背景技术

热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的帕尔帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。随着空间探索兴趣的增加、医用物理学的进展以及在地球难于日益增加的资源考察与探索活动，需要开发一类能够自身供能且无需照看的电源系统，热电发电对这些应用尤其合适。

利用自然界温差和工业废热均可用于热电发电，它能利用自然界存在的非污染能源，具有良好的综合社会效益。另外，利用热电材料制备的微型元件用于制备微型电源、微区冷却、光通信激光二极管和红外线传感器的调温系统，大大拓展了热电材料的应用领域。因此，热电材料是一种有着广泛应用前景的材料，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义和市场前景。

然而，热电发电的发电电压不稳定，限制了其进一步应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种基于热-电槽的供电系统，包括：

热-电槽、第一控制电路、储能模块、第二控制电路以及负载；

所述热-电槽包括热端、冷端以及设置于所述热端和所述冷端之间的热-电片，所述热端包括进水口以及出水口，所述进水口与一级热源联通，所述出水口与二级热源联通，所述一级热源的温度高于所述二级热源的温度；

所述第一控制电路包括Boost变换模块、电流检测模块、PWM控制模块以及电压取样模块，所述Boost变换模块与所述热-电片电连接，所述电流检测模块用于获取所述Boost变换模块的电流信息，所述电压取样模块用于获取所述热-电槽、所述储能模块以及所述电流检测模块的电压信息，并将所述电压信息传输给所述PWM控制模块，所述PWM控制模块根据所述电压信息控制所述Boost变换模块向所述储能模块充电，

所述负载与所述储能模块电连接；

所述第二控制电路的一端连接于所述负载与所述储能模块之间，

另一端与所述进水口连接，所述第二控制电路用于根据所述储能

模块的输出电压控制所述进水口打开或关闭。

进一步的，所述电流检测模块采用MAX472芯片，其用于将电流信息转换为电压信息，再通过所述电压取样模块确定电流值。

进一步的，所述PWM控制模块采用STC12C5620AD单片机。

进一步的，所述第一控制电路的输出电压范围3.5～7V。

进一步的，当热-电槽的输入电压小于第一阈值时，需要通过所述Boost变换模块进行升压后，然后通过LM7805进行稳压控制。

进一步的，所述热-电槽为竖直排列的矩形结构，所述热端设置于所述矩形结构的上半部，所述冷端设置于所述矩形结构的下半部。

进一步的，所述热-电片倾斜设置于所述矩形结构的上半部，所述热-电片与水平面形成形成一大于0度小于90度的夹角。

进一步的，所述进水口靠近所述热-电片的最高处设置，所述出水口靠近所述热-电片的最低处设置。

进一步的，所述热-电片进一步包括多个散热片，分别设置于所述热-电片靠近热端以及靠近冷端的两个表面。

进一步的，所述供电系统包括多个并联设置的热-电槽。

本发明的有益效果为：本发明提供的基于热-电槽的供电系统通过所述控制电路中的电压取样模块对输入、输出电压实时采样，通过改变占空比保证负载或储能模块充电电压基本稳定，扩展其应用。另外，还可以最大限度的减小充电电流的影响，提高储能模块的性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的热-电槽的供电系统的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的热-电槽的供电系统中热-电槽的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的热-电槽的供电系统中的Boost变换模块与电流检测模块的电路图。

图4是本发明实施例提供的热-电槽的供电系统中的PWM控制模块以及所述电压取样模块的电路图。

图5是本发明实施例提供的热-电槽的供电系统中的稳压模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请一并参照图1，一种基于热-电槽的供电系统，包括：热-电槽10、第一控制电路20、储能模块30、第二控制电路40以及负载50。

所述热-电槽10包括热端12、冷端13以及设置于所述热端12和所述冷端13之间的热-电片11，所述热端12包括进水口16以及出水口17，所述进水口16与一级热源60联通，所述出水口17与二级热源70联通，所述一级热源60的温度高于所述二级热源70的温度。

所述第一控制电路20包括Boost变换模块22、电流检测模块23、PWM控制模块21以及电压取样模块24。所述Boost变换模块22与所述热-电片11电连接。所述电流检测模块23用于获取所述Boost变换模块22的电流信息，所述电压取样模块24用于获取所述热-电槽10、所述储能模块30以及所述电流检测模块23的电压信息，并将所述电压信息传输给所述PWM控制模块21，所述PWM控制模块21根据所述电压信息控制所述Boost变换模块22向所述储能模块30充电。

所述负载50与所述储能模块30电连接。

所述第二控制电路40的一端连接于所述负载50与所述储能模块30之间，另一端与所述进水口16连接，所述第二控制电路40用于根据所述储能模块30的输出电压控制所述进水口16打开或关闭。

所述供电系统中热-电槽10的数量可以根据用电量需求调整，优选的，包括多个并联设置的热-电槽10。

请参照图2，所述热-电槽10为竖直排列的矩形结构，所述热端12设置于所述矩形结构的上半部，所述冷端13设置于所述矩形结构的下半部。优选的，所述冷端13的空间大于所述热端12的空间，这样有利于冷端13的散热，而有利于保持热端12的热量，从而提高热量的利用率。所述冷端13可以为室温空气或冷水等。优选的，所述热-电片11倾斜设置于所述矩形结构的上半部，所述热-电片11与水平面形成形成一大于0度小于90度的夹角α。优选的，所述夹角α大于等于10度小于45度。更优选的，所述夹角α大于等于10度小于15度。此时，所述进水口16靠近所述热-电片11的最高处设置，所述出水口17靠近所述热-电片11的最低处设置，从而可以使热水通过势能自动流出。另外，通过角度控制，还可以提高热量的使用效率。进一步的，所述热-电片11进一步包括多个散热片14/15，分别设置于所述热-电片11靠近热端12以及靠近冷端13的两个表面。

请一并参照图3，所述Boost变换模块22与电流检测模块23集成设置包括：顺序连接的第一两端子连接器、第一子电路、第二子电路、第三子电路、第四子电路以及第二两端子连接器。

所述第一电路模块包括第一二极管D1、第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3以及第三发光二极管D3，所述第一二极管D1的正极连接所述第一两端子连接器的第二端口，所述第一二极管D1的负极依次连接所述第一电阻器R1以及所述第三电阻器R3后接地，所述第一二极管D1的负极依次连接所述第二电阻器R2以及所述第三发光二极管D3的正极后接地。

所述第二子电路包括第一电感器L1、第四电阻R4、第一三极管Q1、第二三极管Q2以及第二二极管D2，所述第一二极管D1的负极依次连接所述第四电阻R4、所述第二三极管Q2的集电极后通过所述第二三极管Q2的发射极接地，所述第一二极管D1的负极依次连接所述第一电感器L1、所述第一三极管Q1的发射极后通过所述第一三极管Q1的集电极接地，所述第二三极管Q2的集电极与所述第一三极管Q1的基极连接，所述第二二极管D2的正极与所述第一电感器L1及所述所述第一三极管Q1的发射极连接。

所述第三子电路包括第五电阻器R5、第六电阻器R6、第一电容器C1以及第七电阻器R7，所述第二二极管D2的负极依次连接所述第五电阻器R5、所述第六电阻器R6后接地，所述第一电容器C1的第一端与所述第二二极管D2的负极电连接，所述第一电容器C1的第二端接地，所述第七电阻器R7的第一端与所述第二二极管D2的负极电连接，所述第七电阻器R7的第二端接地。

所述第四子电路包括第八电阻器R8、第九电阻器R9、第十电阻器R10、第十一电阻器R11以及MAX472芯片，所述第二二极管D2的负极连接所述第八电阻器R8后与所述MAX472芯片的RG1端口连接，所述第二二极管D2的负极依次连接所述第九电阻器R9、所述第十电阻器R10后与所述MAX472芯片的RG2端口连接，所述MAX472芯片的OUT端口与所述第十一电阻器R11连接后接地，所述第二两端子连接器的第一端口连接于所述第九电阻器R9以及第十电阻器R10之间。

所述第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第五电阻器R5、第六电阻器R6、第七电阻器R7、第八电阻器R8、第九电阻器R9、第十电阻器R10以及第十一电阻器R11的阻值分别为160kΩ、1.5kΩ、80kΩ、80kΩ、240kΩ、80kΩ、10kΩ、100Ω、0.1Ω、100Ω以及20kΩ。所述第二三极管Q 2为NPN型三极管，所述第一三极管Q 1为PNP型三极管。所述第一电感器L1的电感量为2200μH。所述第一电容器C1的电容量为100nF。所述第二三极管Q2的基极连接脉冲宽度调制(PWM)。所述MAX472芯片的SHDN端口、NC端口以及GND端口接地。所述第一电阻器R1和第三电阻器R3之间输入信号IN0，所述第五电阻器R5和所述第六电阻器R6之间输入信号IN0，所述MAX472芯片的OUT端口和所述第十一电阻器R11之间输入信号IN2。所述第一两端子连接器的第一端口接地，所述第二两端子连接器的第二端口接地。所述MAX472芯片，其用于将电流信息转换为电压信息，再通过所述电压取样模块确定电流值。

请一并参照图4，所述PWM控制模块21以及所述电压取样模块24集成设置包括：STC12C5620AD单片机；第十二电阻器R12，一端连接所述STC12C5620AD单片机的RST端口，另一端接地；第二电容器C2，一端连接所述STC12C5620AD单片机的RST端口，另一端接VCC电压；并联的第三电容器C3及第四电容器C4，所述并联的第三电容器C3及第四电容器C4的一端接所述STC12C5620AD单片机的VCC端口并接VCC电压，另一端接地；第一SW-PB开关S1，一端连接所述STC12C5620AD单片机的P1.6/ADC6接口；第二SW-PB开关S2，一端连接所述STC12C5620AD单片机的P1.6/ADC5接口；第五电容器C5，一端连接所述STC12C5620AD单片机的XTAL2接口，另一端接地；第九电容器C9，一端连接所述STC12C5620AD单片机的XTAL1接口，另一端接地；以及晶体振荡器，一端连接所述STC12C5620AD单片机的XTAL2接口，另一端连接所述STC12C5620AD单片机的XTAL1接口。

所述第十二电阻器的阻值分别为10kΩ。所述第二电容器C2、第三电容器C3、第四电容器C4、第五电容器C5以及第九电容器C9的电容量分别为10μF、10μF、18pF、0.1μF、以及18pF。所述晶体振荡器的震荡频率为12MHz。所述STC12C5620AD单片机的P1.2/ADC2接口接输信号IN2。所述STC12C5620AD单片机的P1.1/ADC1接口接输信号IN1。所述STC12C5620AD单片机的P1.0/ADC2接口接输信号IN0。所述第一SW-PB开关S1及所述第二SW-PB开关S2的另一端接VCC电压。

所述第一控制电路20的输出电压范围3.5～7V。可以理解，当所述热-电槽10具有的热端12和冷端13具有较高温度差时，可以正常输出电压3.5～7V。随着热端12和冷端13的温度差下降到一定值时，其输出温度会低于小于第一阈值，如3.5V。此时，需要通过所述Boost变换模块进行升压后，然后稳压电路进行控制。请参照图4，所述稳压电路包括第六电容器C6、第七电容器C7、第八电容器C8、第四二极管D4以及LM7805芯片。为了保证所述热-电槽10的输出电压保持在一定范围内，可以对所述热端12的温度进行控制。

所述第二控制电路40可以通过简单的控制电路实现，在此不再累述。所述负载50可以为一些常用的用电装置等，在此不再累述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于热-电槽的供电系统，其特征在于，包括：热-电槽、第一控制电路、储能模块、第二控制电路以及负载；所述热-电槽包括热端、冷端以及设置于所述热端和所述冷端之间的热-电片，所述热端包括进水口以及出水口，所述进水口与一级热源联通，所述出水口与二级热源联通，所述一级热源的温度高于所述二级热源的温度；所述第一控制电路包括Boost变换模块、电流检测模块、PWM控制模块以及电压取样模块，所述Boost变换模块与所述热-电片电连接，所述电流检测模块用于获取所述Boost变换模块的电流信息，所述电压取样模块用于获取所述热-电槽、所述储能模块以及所述电流检测模块的电压信息，并将所述电压信息传输给所述PWM控制模块，所述PWM控制模块根据所述电压信息控制所述Boost变换模块向所述储能模块充电；所述负载与所述储能模块电连接；所述第二控制电路的一端连接于所述负载与所述储能模块之间，另一端与所述进水口连接，所述第二控制电路用于根据所述储能模块的输出电压控制所述进水口打开或关闭；所述热-电槽为竖直排列的矩形结构，所述热端设置于所述矩形结构的上半部，所述冷端设置于所述矩形结构的下半部；所述热-电片倾斜设置于所述矩形结构的上半部，所述热-电片与水平面形成形成一大于等于10度小于15度的夹角；所述冷端的空间大于所述热端的空间。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述电流检测模块采用MAX472芯片，其用于将电流信息转换为电压信息，再通过所述电压取样模块确定电流值。

3.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述PWM控制模块采用STC12C5620AD单片机。

4.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述第一控制电路的输出电压范围3.5～7V。

5.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，当热-电槽的输入电压小于第一阈值时，需要通过所述Boost变换模块进行升压后，然后通过LM7805进行稳压控制。

6.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述进水口靠近所述热-电片的最高处设置，所述出水口靠近所述热-电片的最低处设置。

7.根据权利要求6所述的供电系统，其特征在于，所述热-电片进一步包括多个散热片，分别设置于所述热-电片靠近热端以及靠近冷端的两个表面。

8.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，包括多个并联设置的热-电槽。