CN107425228A - 一种声光充电电池 - Google Patents

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李应智
程江洲
邾玢鑫
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方烜
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Abstract

一种声光充电电池，包括外壳、正极A、负极B。所述外壳内部设有声电单元模块、光伏单元模块，所述声电单元模块包括多个声音导管，每一个声音导管连接一个声电转换单元，声电转换单元连接积分模块、积分模块连接整流器，整流器连接SOC1监测模块、SOC1监测模块连接DC‑DC变换器，DC‑DC变换器输出端口连接正极A、负极B。所述光伏单元模块包括光伏薄膜，光伏薄膜将太阳能变为电能，并连接滤波模块，滤波模块连接升压斩波模块、升压斩波模块连接投切模块，投切模块输出端口连接正极A、负极B。本发明一种声光充电电池，它的电量可以改变，通过光伏、噪声发电，将噪声变“废”为宝，产生电能。解决了传统电池的污染严重、回收困难等问题，并实现了电池的可再生利用。

Description

一种声光充电电池
技术领域
本发明涉及一种电池，具体是一种声光充电电池。
背景技术
现阶段，随着工业的快速发展，能源短缺问题越来越严重。而新能源具有污染小，存储量的特点，适应了时代发展的需求。并且，工业革命之后，各种机动车辆、飞机、火车和轮船等交通工具的使用，产生很多的噪声，影响着我们健康的生活。干电池是一种化学电池属于一次能源。它的电量固定，铅的污染比较严重，不利于回收利用。
发明内容
本发明提出了一种声光充电电池，它的电量可以改变，通过光伏、噪声发电，将噪声变“废”为宝，产生电能。解决了传统电池的污染严重、回收困难等问题，并实现了电池的可再生利用。
本发明采取的技术方案为：
一种声光充电电池，包括外壳、正极A、负极B。所述外壳内部设有声电单元模块、光伏单元模块，所述声电单元模块包括多个声音导管，每一个声音导管连接一个声电转换单元，声电转换单元连接积分模块、积分模块连接整流器，整流器连接SOC1监测模块、SOC1监测模块连接DC-DC变换器，DC-DC变换器输出端口连接正极A、负极B。
所述光伏单元模块包括光伏薄膜，光伏薄膜将太阳能变为电能，并连接滤波模块，滤波模块连接升压斩波模块、升压斩波模块连接投切模块，投切模块输出端口连接正极A、负极B。
所述声电单元模块、光伏单元模块通过并联的方式分别与正、负极母线L0、L1相连，电池内部每个模块独立分开，各自向电池充电。
所述外壳的侧表面和上表面都覆盖光伏薄膜，从而形成了两个光伏单元。
所述外壳由绝缘空心圆柱体构成，其上设有小铜柱，构成电池的正极A，绝缘空心圆柱体底端固定有圆形铜片，构成电池的负极B。
本发明一种声光充电电池，优点在于：
1)、本发明将可再生能源太阳能应用在电池中，节约了能源，实现了电池的重复利用，利用声电单元模块和光伏单元模块充电，解决了传统干电池的污染和回收的问题。
2)、首次将生活中的噪音应用于电池充电，使电池充电的来源更加广泛；同时，将噪声变“废”为宝，实现了能源的可再生应用，并且提高了电池充电的可靠性。
3)、声电单元模块和光伏单元模块两个能够进行独立的进行供电。同时，模块之间采用优化函数，提高了模块间的利用率，完成模块之间的功率均衡，使电池输出更加稳定。
4)、通过两个模块的电能检测，可以实现电池电量自动改变，改变了传统固定电量的电池，在一定程度上完成电能电量的改变。
5)、在声电单元模块中，通过声光转换器，优化累加，整流斩波，实现声电充电的输出电能最大化。
6)、在光伏单元模块中，采取投切模块，当充电时，光伏在向电池充电，同时，也再对电容充电。当监测的SOC监测电能充满时，投切开始，电容向电池放电，使电池两端更加稳定。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图。
图2为本发明的声音导管、与声电转换器对应示意图。
图3为本发明的声电单元模块连接示意图。
图4为本发明的光伏单元模块拓扑图。
图5为本发明的总体连接示意图。
图6为本发明的控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种声光充电电池，包括外壳、正极A、负极B。所述外壳内部设有声电单元模块、光伏单元模块。
如图2所示，所述声电单元模块包括5个声音导管，按逆时针顺序分别为管1#声音导管、2#声音导管、3#声音导管、4#声音导管、5#声音导管。每一个声音导管连接一个声电转换单元，其序列分别对应为声电转换单元Ⅰ、声电转换单元Ⅱ、声电转换单元Ⅲ、声电转换单元Ⅳ、声电转换单元Ⅴ。声电转换单元连接积分模块、积分模块连接整流器，整流器连接SOC1监测模块、SOC1监测模块连接DC-DC变换器，DC-DC变换器输出端口连接正极A、负极B。依次经过优化累加、整流斩波、SOC1实时监测，最终向电池充电。当电池电量充满时，停止充电。其模块连接如图3所示。
由于声音是一种波，声音导管采用声波导管耳机中导管材料相同的复合塑料筒型软管型号，利用声音导管收集与传输噪声。
声电转换单元采用用对声音吸收能力较高的亥姆霍兹共鸣器。该装置可以对噪声进行收集和放大，利用放大后的噪声声波来带动设置于共鸣腔末端空腔中的振动膜振动，振动膜振动后通过连杆带动套设在磁极上的线圈往复运动，线圈通过切割磁极的磁感线实现噪声到电能的转化，将噪声变为电能，实现能源的可再生利用。
积分模块采用FH4-501型积分器，将声电转换器上产生的电流，通过电路集成，利用积分器将每个集成转换器的电流汇合，从而提高声电转换器的总的电能，提高输出的电压。
整流器采用单相桥式全控整流电路(电阻性负载)为整流电路为用电器供电。
DC-DC变换器采用buck-boost升降压斩波电路，将输出的电压进行变化，达到电池的可变电压输出。
SOC1监测模块采用自适应无迹卡尔曼滤波算法，利用C8051F005单片机实现电量的监测。该算法是一种应用前一状态的观测值对当前状态做出估计，再根据当前状态的观测值对预测值进行优化，以获得更精确的当前状态估计值。电池工作时表现出非常复杂的非线性，需避免对非线性方程进行泰勒近似，采用非线性无迹变换技术，可确保非线性状态的均值和方差按非线性映射传播，另外，为实现噪声实时更新，将测量的输出值和模型估计值的残差及各状态sigma点估算值的残差加权和，估计当前时刻的噪声协方差，使之实时更新反馈。对每个电池的电量进行估算，通过声光电池总控制实现电池的可变输出。
如图4所示，所述光伏单元模块包括光伏薄膜，光伏薄膜将太阳能变为电能，并连接滤波模块，滤波模块连接升压斩波模块、升压斩波模块连接投切模块，投切模块输出端口连接正极A、负极B。
所述声电单元模块、光伏单元模块通过并联的方式分别与正、负极母线L0、L1相连，电池内部每个模块独立分开，各自向电池充电。声电单元模块与光伏单元模块能同时给负载供电，两个单元并联连接在正、负极母线L0、L1上，如图6所示。电池内部每个模块独立分开，各自向电池充电，从而提高了电池的充电的可靠性。并通过电池电量的监测, 优化两个单元，实现最大电能输出，从而使电池能尽快的充满，达到设点的工作状态。
为了提高太阳能的利用，增加光照的面积，所述外壳的侧表面和上表面都覆盖光伏薄膜，从而形成了两个光伏单元，确保光伏充电的可靠性。
所述外壳由绝缘性强、耐磨损大的空心圆柱体构成，其上设有小铜柱，构成电池的正极A，绝缘空心圆柱体底端固定有圆形铜片，构成电池的负极B。
一种声光充电电池的供电方法，声电单元模块、光伏单元模块的电量大小分别用SOC1 监测模块和SOC2监测模块检测，首先设定电池的电量大小SOC，如果电池的容量大小SOC1与SOC2的和的值大于SOC的值，则声电单元模块和光伏单元模块停止供电；若电池的容量大小SOC1与SOC2的和的值小于SOC的值，则声电单元模块和光伏单元模块同时供电；通过优化函数，合并输出，使电量较高的模块输出较多的电能，电能较少的模块输出较低的电能，从而维持电池内部模块间的功率平衡。
一种声光充电电池的供电方法，噪声通过设置在电池底面的多个声音导管，每个声音导管对应连接有声电转换单元，噪声通过声电转换单元将声波转换为电信号，电信号依次通过积分模块、整流器、SOC1监测模块、DC-DC变换器，实现最大电能输出，向干电池充电；同时，SOC1监测模块对电池的电量进行实时检测，如果电池的电量满足SOC>SOC1+SOC2，停止对干电池充电。
光伏薄膜发出的电能，通过滤波模块滤出谐波，后经过升压斩波模块，向电容Cdc充电，得到两端电压输出值，同时。通过SOC2监测模块检测，如果电池的电量满足SOC>SOC1+SOC2，投切模块工作，这时T2断开，T1导通，电容Cdc放电，输出稳定电压。

Claims (6)

1.一种声光充电电池，包括外壳、正极A、负极B，其特征在于：所述外壳内部设有声电单元模块、光伏单元模块，所述声电单元模块包括多个声音导管，每一个声音导管连接一个声电转换单元，声电转换单元连接积分模块、积分模块连接整流器，整流器连接SOC1监测模块、SOC1监测模块连接DC-DC变换器，DC-DC变换器输出端口连接正极A、负极B；
所述光伏单元模块包括光伏薄膜，光伏薄膜将太阳能变为电能，并连接滤波模块，滤波模块连接升压斩波模块、升压斩波模块连接投切模块，投切模块输出端口连接正极A、负极B。
2.根据权利要求1所述一种声光充电电池，其特征在于：所述声电单元模块、光伏单元模块通过并联的方式分别与正、负极母线L0、L1相连，电池内部每个模块独立分开，各自向电池充电。
3.根据权利要求1所述一种声光充电电池，其特征在于：所述外壳的侧表面和上表面都覆盖光伏薄膜，从而形成了两个光伏单元。
4.根据权利要求1所述一种声光充电电池，其特征在于：所述外壳由绝缘空心圆柱体构成，其上设有小铜柱，构成电池的正极A，绝缘空心圆柱体底端固定有圆形铜片，构成电池的负极B。
5.如权利要求1～4所述任意一种声光充电电池的电池供电方法，其特征在于：声电单元模块、光伏单元模块的电量大小分别用SOC1监测模块和SOC2监测模块检测，首先设定电池的电量大小SOC，如果电池的容量大小SOC1与SOC2的和的值大于SOC的值，则声电单元模块和光伏单元模块停止供电；若电池的容量大小SOC1与SOC2的和的值小于SOC的值，则声电单元模块和光伏单元模块同时供电；通过优化函数，合并输出，使电量较高的模块输出较多的电能，电能较少的模块输出较低的电能，从而维持电池内部模块间的功率平衡。
6.如权利要求1～4所述任意一种声光充电电池的电池供电方法，其特征在于：噪声通过设置在电池底面的多个声音导管，每个声音导管对应连接有声电转换单元，噪声通过声电转换单元将声波转换为电信号，电信号依次通过积分模块、整流器、SOC1监测模块、DC-DC变换器，实现最大电能输出，向干电池充电；同时，SOC1监测模块对电池的电量进行实时检测，如果电池的电量满足SOC>SOC1+SOC2，停止对干电池充电；
光伏薄膜发出的电能，通过滤波模块滤出谐波，后经过升压斩波模块，向电容Cdc充电，得到两端电压输出值，同时。通过SOC2监测模块检测.如果电池的电量满足SOC>SOC1+SOC2，投切模块工作，这时T2断开，T1导通，电容Cdc放电，输出稳定电压。
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