CN110365252A - 一种树能发电装置 - Google Patents

一种树能发电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110365252A
CN110365252A CN201910444227.8A CN201910444227A CN110365252A CN 110365252 A CN110365252 A CN 110365252A CN 201910444227 A CN201910444227 A CN 201910444227A CN 110365252 A CN110365252 A CN 110365252A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
tree
negative electrode
switch
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910444227.8A
Other languages
English (en)
Inventor
高德民
张朔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Forestry University
Original Assignee
Nanjing Forestry University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Forestry University filed Critical Nanjing Forestry University
Priority to CN201910444227.8A priority Critical patent/CN110365252A/zh
Publication of CN110365252A publication Critical patent/CN110365252A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/32—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from a charging set comprising a non-electric prime mover rotating at constant speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/002—Generators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种树能发电装置，基于树木木质部位与其所种植区域土壤之间所存在电压差的发现，设计取电储电结构，具体应用多级电容的逐级取电操作，以及多开关控制下的电能传输，实现树能供电，同时引入变压器与DC/DC升压转换器的设计应用，不仅实现了树能所取弱电压的提升，而且保证了取电供电过程中电压的稳定，使得最终获得更加稳定、有效的电能输出进行供电，由此实现了多样化的取电应用。

Description

一种树能发电装置
技术领域
本发明涉及一种树能发电装置，属于智能设备外设技术领域。
背景技术
无线传感器的电源一般选择不同类型的电池，按照能否充电，电池可分为可充电电池和不可充电电池；对于可充电电池可以利用自然能源来补给电池的能量，自然界可利用的能量有太阳能、电磁能、振动能、核能等。根据电极材料，电池可以分为镍铬电池、镍锌电池、银锌电池和锂电池、锂聚合物电池等。一般不可充电电池比可充电电池能量密度高，如果没有能量补给来源，则应选择不可充电电池，有以下几种典型应用：
1、利用太阳能和锂电池给无线网络传感器节点永久提供能量的系统结构。利用太阳能电池板和锂电池，使节点具有能量补充的能力，避免了能量的单向递减过程，系统可靠性高、成本低，有较好的实用价值。
2、在无现场供电和不使用电池的情况下，利用单晶硅太阳能电池结合半导体温差发电技术在高温、高压环境下为测温和控制电路持续提供电能，实时进行数据采集和处理，理想地实现了高压测温一次设备和二次监测设备的电隔离。
3、还有一种方法就是从传感器所处的环境中提取环境能量，将其转换成传感器节点所需要的电能。电磁式发电机，此发电机能从泵、风扇和其他一些振动环境中回收振动能，经发电机转换释放后的电能为无线传感器节点的正常工作提供能量。
4、采用了一种GMM/PZT磁电复合单元采集电磁波能量为无线传感器提供能量，该复合单元由超磁致伸缩材料(GMM)、弹性基底及压电材料(PZT-5H)复合而成。基于开关电容网络的电源管理电路。该电路通过对储能电容并联充电积累能量，当能量积累到一定程度，瞬间使储能电容串联放电为无线传感器工作提供能量。
但是现有上述几种典型应用实际应用结构复杂，实施不方便，就会影响到实际使用中的取电问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种树能发电装置，能够利用树木实现电能获取，增加多样性的供电方式。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种树能发电装置，基于树木木质部位与其所种植区域土壤之间所存在的电压差，实现树能供电，所述树能发电装置包括正极电极、负极电极、第一电容C1、第一开关和电能储能装置，其中，正极电极的前端插入树木木质部位，负极电极的前端插入该树木种植区域的土壤中，或者负极电极的前端插入树木木质部位，正极电极的前端插入该树木种植区域的土壤中；
正极电极的末端与第一电容C1的其中一端相对接，负极电极的末端与第一电容C1的另一端相对接，正极电极与负极电极针对第一电容C1进行充电；第一电容C1上与正极电极相连接的端部、经第一开关对接电能储能装置的输入端；第一电容C1上与负极电极相连接的端部接地。
作为本发明的一种优选技术方案：所述电能储能装置包括变压器、第二电容C2和第二开关，其中，变压器的输入端即为电能储能装置的输入端，变压器的输出端对接第二电容C2上的其中一端，第二电容C2上的另一端接地，同时，第二电容C2上与变压器相连接的端部、经第二开关对接用电装置，针对用电装置进行供电。
作为本发明的一种优选技术方案：所述电能储能装置还包括DC/DC升压转换器，所述变压器的输出端对接DC/DC升压转换器的输入端，DC/DC升压转换器的输出端对接对接第二电容C2上的其中一端，同时，第二电容C2上与DC/DC升压转换器相连接的端部、经第二开关对接用电装置，针对用电装置进行供电。
作为本发明的一种优选技术方案：所述正极电极、负极电极均为铂质材料电极。
本发明所述一种树能发电装置，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计树能发电装置，基于树木木质部位与其所种植区域土壤之间所存在电压差的发现，设计取电储电结构，具体应用多级电容的逐级取电操作，以及多开关控制下的电能传输，实现树能供电，同时引入变压器与DC/DC升压转换器的设计应用，不仅实现了树能所取弱电压的提升，而且保证了取电供电过程中电压的稳定，使得最终获得更加稳定、有效的电能输出进行供电，由此实现了多样化的取电应用。
附图说明
图1是本发明所设计中树能取电试验示意图；
图2是本发明所设计树能发电装置的电路示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
根据植物特性，植物的木质部与其周围土壤之间存在着持续的电势(电压)差异，实验测量一棵盆栽榕树的木质部位与其土壤之间的酸碱值，测量显示木质部与土壤之间存在50-200mv的持续电压差异。通过多次的实验测量，发现电压与时间、光照、汁液流、电极的高度或离子组成的土壤之间没有关联，这说明不是金属氧化还原反应所引起的电压差异。同时，木质部和土壤之间的电压极性和幅值与pH值之间存在明显的关系，这些持续的电压来源于树木稳态机制所建立起来的生物浓缩细胞。通过控制电压源，如射频噪声拾取、电流和电极上不同的金属氧化还原反应，测量盆栽榕树木质部分与不同酸碱度的土壤之间的电压，如图1所示。
(1)树木木质部液质流动引起电压
将两个相同的铂电极分别插入树木的木质部位(去除韧皮部)中，并将电极连接到高阻抗电压表上。持续的电位电压产生机制取决于电动电势(ξ)电压差异，由于细胞壁的作用，中心毛细管的液体具有流动特性并且在两端形成压力差其中，εo表示真空介质渗透率，εo＝8.85×10-12F/m(C2/Jm)，εr表示木质部的介电常数，εr＝～80，σ为电导率，σ＝～0.01S/m，η为粘度，η＝～10-3Pas。ΔP表示压力差，ξ表示电势，由于液体和孔壁原子之间的流动性差异，ΔP＝～1MPa，ξ＝0.01V，根据前期实验测量，Vsapstream＝～(1-10mV)，从树中获得电压值介于1和10mV之间。通过上面公式得出，树中液质流的流速越快产生的电压就越高，不同的树木种类会产生不同的电压压差。
(2)树木木质部和土壤PH差异引起电压
在测量榕树的电压过程中，根据pH浓度电势电压生成的能斯特方程表示为：其中，R是通用气体常数为8.314JK-1mol-1，T是开尔文温度，F是电子电荷乘以阿伏伽德罗常数(法拉第常数)为9.648×104C mol-1，[ΔpH]是两个pH值之间的差值。通过该公式可以计算榕树在理论上可以产生的功率情况，但在实际情况中，我们能获取的功率要远远低于该理论功率。
在获取树能的过程中，仍然需要大量的实验和更多的理论支撑，这也正是本基金申请后期要做的工作。
基于上述实验认知，本发明设计了一种树能发电装置，基于树木木质部位与其所种植区域土壤之间所存在的电压差，实现树能供电，实际应用当中，如图2所示，所述树能发电装置具体包括正极电极、负极电极、第一电容C1、第一开关和电能储能装置，其中，正极电极的前端插入树木木质部位，负极电极的前端插入该树木种植区域的土壤中，或者负极电极的前端插入树木木质部位，正极电极的前端插入该树木种植区域的土壤中，并且实际应用中，针对正极电极、负极电极，进一步均设计选择铂质材料电极进行应用。
正极电极的末端与第一电容C1的其中一端相对接，负极电极的末端与第一电容C1的另一端相对接，正极电极与负极电极针对第一电容C1进行充电；第一电容C1上与正极电极相连接的端部、经第一开关对接电能储能装置的输入端；第一电容C1上与负极电极相连接的端部接地，起到保护电器元器件的作用。
实际应用中，正极电极与负极电极针对第一电容C1进行充电，一旦第一电容C1的电压达到硬件所需的电压，第一开关闭合，第一电容C1驱动其所充电能转移到电能储能装置中。
实际应用中，具体设计电能储能装置包括变压器、DC/DC升压转换器、第二电容C2和第二开关，其中，变压器的输入端即为电能储能装置的输入端，即第一电容C1上与正极电极相连接的端部、经第一开关对接变压器的输入端，变压器针对第一电容C1的电压实现放大；变压器的输出端对接DC/DC升压转换器的输入端，DC/DC升压转换器用于针对变压器输入的电压进行转变、并有效的输出固定电压，DC/DC升压转换器的输出端对接对接第二电容C2上的其中一端，第二电容C2上的另一端接地，同时，第二电容C2上与DC/DC升压转换器相连接的端部、经第二开关对接用电装置，针对用电装置进行供电。
上述技术方案所设计树能发电装置，基于树木木质部位与其所种植区域土壤之间所存在电压差的发现，设计取电储电结构，具体应用多级电容的逐级取电操作，以及多开关控制下的电能传输，实现树能供电，同时引入变压器与DC/DC升压转换器的设计应用，不仅实现了树能所取弱电压的提升，而且保证了取电供电过程中电压的稳定，使得最终获得更加稳定、有效的电能输出进行供电，由此实现了多样化的取电应用。
实际应用中，当第一电容C1驱动其所充电能转移到电能储能装置中时，即第一开关闭合，第一电容C1上所充电能向变压器进行输送，进一步当变压器放电时，即经过DC/DC升压转换器针对第二电容C2进行充电，此过程中一旦第一电容C1的电压降到充电电压以下，第一开关就会打开，第一电容C1停止向变压器进行输送电能，即此时停止对第二电容C2充电，紧接着由正极电极与负极电极继续针对第一电容C1进行充电；这个过程迭代几次，直到第二电容C2的电压达到所需的用电装置的电压时，第二开关闭合，则第二电容进一步针对其所连用电装置进行供电，其中，第二开关还可防止用电装置中电流的逆向流动。
上述所设计树能发电装置，在实际具体的应用当中，具体参数设置中，将第一电容C1设为0.22(F)，充电电压为350(mV)，放电电压为100(mV)。第二电容C2电容设为2.5(F)。当第一电容C1充电至350(mV)时，第一开关闭合并开始对第二电容C2充电。第二电容C2充电完成后，第二开关闭合并开始为用电装置供电。当第二电容C2的电压降至2.4(V)时，第二开关打开，然后第二电容C2再次充电。如此，调节第二开关可切换用电设备的工作/睡眠模式，因为睡眠模式下的功耗接近于零，因此，第二电容C2可以一直进行充电直到电池充满为止。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种树能发电装置，其特征在于：基于树木木质部位与其所种植区域土壤之间所存在的电压差，实现树能供电，所述树能发电装置包括正极电极、负极电极、第一电容C1、第一开关和电能储能装置，其中，正极电极的前端插入树木木质部位，负极电极的前端插入该树木种植区域的土壤中，或者负极电极的前端插入树木木质部位，正极电极的前端插入该树木种植区域的土壤中；
正极电极的末端与第一电容C1的其中一端相对接，负极电极的末端与第一电容C1的另一端相对接，正极电极与负极电极针对第一电容C1进行充电；第一电容C1上与正极电极相连接的端部、经第一开关对接电能储能装置的输入端；第一电容C1上与负极电极相连接的端部接地。
2.根据权利要求1所述一种树能发电装置，其特征在于：所述电能储能装置包括变压器、第二电容C2和第二开关，其中，变压器的输入端即为电能储能装置的输入端，变压器的输出端对接第二电容C2上的其中一端，第二电容C2上的另一端接地，同时，第二电容C2上与变压器相连接的端部、经第二开关对接用电装置，针对用电装置进行供电。
3.根据权利要求2所述一种树能发电装置，其特征在于：所述电能储能装置还包括DC/DC升压转换器，所述变压器的输出端对接DC/DC升压转换器的输入端，DC/DC升压转换器的输出端对接对接第二电容C2上的其中一端，同时，第二电容C2上与DC/DC升压转换器相连接的端部、经第二开关对接用电装置，针对用电装置进行供电。
4.根据权利要求1所述一种树能发电装置，其特征在于：所述正极电极、负极电极均为铂质材料电极。
CN201910444227.8A 2019-05-27 2019-05-27 一种树能发电装置 Pending CN110365252A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910444227.8A CN110365252A (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种树能发电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910444227.8A CN110365252A (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种树能发电装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110365252A true CN110365252A (zh) 2019-10-22

Family

ID=68215320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910444227.8A Pending CN110365252A (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种树能发电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110365252A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112598867A (zh) * 2020-12-03 2021-04-02 西南交通大学 一种基于植物发电的森林温度检测系统及方法
CN113949309A (zh) * 2021-11-06 2022-01-18 熊旭 分布式活体树木生物质化学能发电系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103296723A (zh) * 2013-06-13 2013-09-11 北京林业大学 一种森林环境能量收集方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103296723A (zh) * 2013-06-13 2013-09-11 北京林业大学 一种森林环境能量收集方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112598867A (zh) * 2020-12-03 2021-04-02 西南交通大学 一种基于植物发电的森林温度检测系统及方法
CN113949309A (zh) * 2021-11-06 2022-01-18 熊旭 分布式活体树木生物质化学能发电系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10176933B2 (en) Super-capacitor and arrangement for miniature implantable medical devices
CN107394906A (zh) 一种传感器节点电源管理电路
CN110365252A (zh) 一种树能发电装置
CN206164168U (zh) 一种充电控制电路及充电器
CN103715941B (zh) 一种多悬臂梁压电换能器电路
Menéndez et al. Displacement current-based energy harvesters in power grids: Topologies and performance evaluation
Rahman et al. Design of autonomous micro-solar powered energy harvesting system for self-powered batteries-less wireless sensor mote
CN106229532B (zh) 一种用于微生物燃料电池产电收集的电能管理系统
CN201126972Y (zh) 一种具有无线充电功能的充电适配器和待充电设备
CN219436644U (zh) 电池保护电路、电池组件和电子设备
CN208489674U (zh) 一种便携式电子设备及其电源电路
CN106992570A (zh) 一种微生物燃料电池能量获取及其自供电的电路及方法
CN208209606U (zh) 一种带mppt功能的太阳能手机充电装置
CN107887957A (zh) 充电电路和充电设备
Jiang et al. Low-power design of a self-powered piezoelectric energy harvesting system
CN205429771U (zh) 智能自适应快充移动电源
CN207896887U (zh) 一种振动切割状态下的能量产生收集与调节装置
CN203406803U (zh) 压电式微型发电机功率调节电路
Yan et al. A capacitive electric-field energy harvester with double-layer copper foil for 220V power line
CN208433795U (zh) 一种光伏供电控制系统
CN206389164U (zh) 一种锂电池并联充电串联使用电路结构
CN110299756A (zh) 一种基于电容电池的ups不间断电源及其构建方法
CN107733063A (zh) 一种微型升降压稳压供电系统
CN104135054A (zh) 蓄电池充放电控制系统
CN102355016B (zh) 一种利用太阳能为手机充电的充电电路及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191022