CN110718954A - 一种智能服装供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能服装供电系统，所述系统包括：太阳能转换装置，设置于服装载体的肩部与上臂区域，用于将接收的太阳能转换成电能；机械能转换装置，设置于服装载体的前襟位置处，用于将运动的机械能转换成电能；热能转换装置，设置于服装载体的腹部，用于将热能转换成电能；能量整合管理装置，分别与太阳能转换装置、机械能转换装置和热能转换装置连接，用于接收并管理太阳能转换装置转换的电能、机械能转换装置转换的电能和热能转换装置转换的电能；能量存储装置，与能量整合管理装置连接，用于存储通过能量整合管理装置传送的电能，以实现无需外部电源就能够持续性地、不间断地为可穿戴电子设备(即负载)时刻供应电能。
Description
技术领域
本发明涉及能量存储技术领域，特别是涉及一种智能服装供电系统。
背景技术
随着可穿戴领域的蓬勃发展，传统服装逐渐向智能化发展。市场上也出现了概念性的智能服装，代表性的像Skins研发的人体肌肉护理运动服,Ralph Lauren研发的心率与呼吸监测服装,Wearable X推出的人体姿态监测瑜伽服,Hexoskin和Xenoma推出的人体体征监测服等。然而不难发现，所有这些概念性服装均需要外部电源的供应，因而在服装设计上需要整合可替换性电池。这为智能服装的长时间运行造成了困扰，尤其是在运动训练、医疗监护等方面，无法保证智能服装时刻监测人体体征信号。因此，如何提供一种智能服装供电系统，无需外部电源就能够持续性地、不间断地为可穿戴电子设备时刻供应电能是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能服装供电系统，利用多种能量转换装置转换成电能并进行能量存储，以实现无需外部电源就能够持续性地、不间断地为可穿戴电子设备(即负载)时刻供应电能。
为实现上述目的，本发明提供了一种智能服装供电系统，所述系统包括：
服装载体、太阳能转换装置、机械能转换装置、热能转换装置、能量存储装置和能量整合管理装置；
所述太阳能转换装置设置于所述服装载体的肩部与上臂区域，用于将接收的太阳能转换成电能；
所述机械能转换装置设置于所述服装载体的前襟位置处，用于将运动的机械能转换成电能；
所述热能转换装置设置于所述服装载体的腹部，用于将所述热能转换成电能；
所述能量整合管理装置分别与所述太阳能转换装置、所述机械能转换装置和所述热能转换装置连接，用于接收并管理所述太阳能转换装置转换的电能、所述机械能转换装置转换的电能和所述热能转换装置转换的电能；
所述能量存储装置与所述能量整合管理装置连接，用于存储通过所述能量整合管理装置传送的电能，以使后续为负载供电。
可选的，所述太阳能转换装置为薄膜状的基太阳能电池、纤维状的基太阳能电池或织物状的基太阳能电池。
可选的，所述太阳能电池至少为钙钛矿太阳能电池、砷化镓太阳能电池或聚合物太阳能电池中的一种。
可选的，所述能量整合管理装置包括输出端口，用于与所述负载连接，实现对所述负载充电。
可选的，所述输出端口为USB接口、Type-C接口和/或Lighting接口。
可选的，所述能量存储装置包括多个电池单元和多个导电线路，相邻的两个所述电池单元之间通过所述导电线路连接。
可选的，所述电池单元包括电池电接触正极和电池电接触负极，相邻的两个所述电池单元的电池电接触正极与所述电池单元的电池电接触负极之间通过所述导电线路连接。
可选的，所述热能转换装置为薄膜状的热电器件、纤维状的热电器件或织物状的热电器件。
可选的，所述机械能转换装置为薄膜状的摩擦纳米发电机、纤维状的摩擦纳米发电机或织物状的摩擦纳米发电机。
可选的，所述系统还包括：开关，所述开关的一端与所述能量整合管理装置连接，所述开关的另一端分别所述能量存储装置和所述负载连接，所述开关用于控制给所述负载或者所述能量存储装置提供电能。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种智能服装供电系统，所述系统包括：太阳能转换装置，设置于服装载体的肩部与上臂区域，用于将接收的太阳能转换成电能；机械能转换装置，设置于服装载体的前襟位置处，用于将运动的机械能转换成电能；热能转换装置，设置于服装载体的腹部，用于将热能转换成电能；能量整合管理装置，分别与太阳能转换装置、机械能转换装置和热能转换装置连接，用于接收并管理太阳能转换装置转换的电能、机械能转换装置转换的电能和热能转换装置转换的电能；能量存储装置，与能量整合管理装置连接，用于存储通过能量整合管理装置传送的电能，以实现无需外部电源就能够持续性地、不间断地为可穿戴电子设备(即负载)时刻供应电能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例智能服装供电系统分布示意图；
图2为本发明实施例智能服装供电系统结构图；
图3为本发明实施例能量存储装置结构示意图；
图4为本发明实施例电池单元结构示意图；
图5为本发明实施例电池单元俯视图；
图6为本发明实施例电池单元主视图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种智能服装供电系统，利用多种能量转换装置转换成电能并进行能量存储，以实现无需外部电源就能够持续性地、不间断地为可穿戴电子设备(即负载)时刻供应电能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例智能服装供电系统分布示意图，图2为本发明实施例智能服装供电系统结构图，如图1-2所示，本发明提供一种智能服装供电系统，所述系统包括：
服装载体600、太阳能转换装置200、机械能转换装置400、热能转换装置300、能量存储装置100和能量整合管理装置500；
所述太阳能转换装置200设置于所述服装载体600的肩部与上臂区域，用于将接收的太阳能转换成电能；
所述机械能转换装置400设置于所述服装载体600的前襟位置处，用于将运动的机械能转换成电能；
所述热能转换装置300设置于所述服装载体600的腹部，用于将所述热能转换成电能；
所述能量整合管理装置500分别与所述太阳能转换装置200、所述机械能转换装置400和所述热能转换装置300连接，用于接收并管理所述太阳能转换装置200转换的电能、所述机械能转换装置400转换的电能和所述热能转换装置300转换的电能；
所述能量存储装置100与所述能量整合管理装置500连接，用于存储通过所述能量整合管理装置500传送的电能，以使后续为负载供电。
作为一种实施方式，本发明所述负载为可穿戴电子设备。
作为一种实施方式，本发明所述能量整合管理装置500包括四个二极管，四个所述二极管首、尾依次连接。
作为一种实施方式，本发明所述系统还包括：开关700，所述开关700的一端与所述能量整合管理装置连接，所述开关700的另一端分别所述能量存储装置和所述负载连接，所述开关700用于控制给所述负载或者所述能量存储装置提供电能。
作为一种实施方式，本发明所述太阳能转换装置200为薄膜状的基太阳能电池、纤维状的基太阳能电池或织物状的基太阳能电池；所述太阳能电池至少为钙钛矿太阳能电池、砷化镓太阳能电池或聚合物太阳能电池中的一种，所述太阳能电池的具体结构包括光响应层、载流子传输层和电极层。本发明所述太阳能转换装置200为刚性或柔性，当所述太阳能转换装置200为刚性时，所述太阳能转换装置200由面积不大于1cm×1cm的刚性的基太阳能电池单元110串并联组成的基太阳能电池。
作为一种实施方式，本发明所述热能转换装置300为薄膜状的热电器件、纤维状的热电器件或织物状的热电器件。所述热电器件的材料至少为无机纳米线、导电高分子、石墨烯、碳纳米管和二维拓扑绝缘体中的一种。所述热电器件为平面薄膜状结构，内部包含5-30对热电单元。本发明所述热能转换装置300为刚性或柔性，当所述热能转换装置300为刚性时，所述热能转换装置300由面积不大于0.5cm×0.5cm的刚性的热电单元串并联组成的热电器件。
作为一种实施方式，本发明所述机械能转换装置400为薄膜状的摩擦纳米发电机、纤维状的摩擦纳米发电机或织物状的摩擦纳米发电机。所述摩擦纳米发电机的材料为聚偏二氟乙烯(PVDF)、尼龙6(PA6)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的任意两两组合。所述摩擦纳米发电机为三明治结构，上下层为活性纳米层、中间层为结构分离层。
作为一种实施方式，本发明所述能量整合管理装置500包括输出端口，所述输出端口为USB接口、Type-C接口和/或Lighting接口。
如附图4-6所示，本发明所述能量存储装置100包括多个电池单元110和多个导电线路120，所述电池单元110包括电池电接触正极112和电池电接触负极111，相邻的两个所述电池单元110的电池电接触正极112与所述电池单元110的电池电接触负极111之间通过所述导电线路120连接；在空心结构内部放置片状的电池构成所述电池单元110，所述电池单元110为纽扣状；所述导电线路120为柔性导线、印刷电路或导电纱线。
本发明公开的智能服装供电系统能够将人体多种能量有效的转化为电能并存储起来，这种复合能源的利用方式避免了单一能源能量不足的问题；另一方面，所述热能转换装置300、所述太阳能转换装置200以及所述能量存储装置100在选择与设计上采用了柔性结构或刚性分布式阵列结构，保证了智能服装的舒适性。
实施例一
以冲锋衣为服装载体600，将所述能量存储装置100、所述太阳能转换装置200、所述机械能转换装置400以及所述热能转换装置300通过激光缝合技术布置于所述服装载体600上；其中，电池单元110采用TPU基材通过3D打印技术制作，所述电池单元110采用铜质针式电极，电池采用纽扣锂离子电池；所述太阳能转换装置200采用柔性砷化镓太阳能电池；所述热能转换装置300采用碲化铋和碲化锑热电薄膜材料进行设计；所述机械能转换装置400采用静电纺PVDF纳米纤维材料和PA6纳米纤维材料进行设计；布置在服装载体600上的系统总线采用喷墨打印技术制备银基打印电路；所述输出端口采用USB输出端口。
实施例二
以运动训练服为服装载体600，将所述能量存储装置100、所述太阳能转换装置200、所述机械能转换装置400以及所述热能转换装置300通过三维编织技术布置于服装载体600上；其中，电池单元110采用PLA基材通过3D打印技术制作，所述电池单元110采用铜质针式电极，电池采用纽扣铝离子电池；所述太阳能转换装置200采用9块钙钛矿太阳能电池(0.5cm×0.5cm)3串3并方式连接；所述热能转换装置300采用聚乙撑二氧噻吩/碳纳米管(PEDOT/CNTs)复合热电薄膜材料进行设计；所述机械能转换装置400采用静电纺PA6纳米纤维材料和PDMS薄膜材料进行设计；布置在服装载体600上的系统总线采用喷墨打印技术制备石墨烯基打印电路；所述输出端口采用USB输出端口。
实施例三
以梭织面料的服装为载体，将所述能量存储装置100、所述太阳能转换装置200、所述机械能转换装置400以及所述热能转换装置300通过编织技术布置于服装载体600上；其中，电池单元110为纤维编织结构，电池采用纤维状锂离子电池，所述导电线路120采用金属导电纱线；所述太阳能转换装置200采用10根20cm纤维状染料敏化太阳能电池进行编织设计；所述热能转换装置300采用PEDOT/碲纳米线复合热电纤维进行设计；所述机械能转换装置400采用基于PET材料和PDMS材料的皮芯异质结构摩擦纳米发电纤维或基于PVDF的法向压电纤维进行设计；布置在服装载体600上的系统总线采用喷墨打印技术制备石墨烯/CNTs复合油墨打印电路；所述输出端口采用Type-C输出端口。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种智能服装供电系统，其特征在于，所述系统包括：
服装载体、太阳能转换装置、机械能转换装置、热能转换装置、能量存储装置和能量整合管理装置；
所述太阳能转换装置设置于所述服装载体的肩部与上臂区域，用于将接收的太阳能转换成电能；
所述机械能转换装置设置于所述服装载体的前襟位置处，用于将运动的机械能转换成电能；
所述热能转换装置设置于所述服装载体的腹部，用于将所述热能转换成电能；
所述能量整合管理装置分别与所述太阳能转换装置、所述机械能转换装置和所述热能转换装置连接，用于接收并管理所述太阳能转换装置转换的电能、所述机械能转换装置转换的电能和所述热能转换装置转换的电能；
所述能量存储装置与所述能量整合管理装置连接，用于存储通过所述能量整合管理装置传送的电能，以使后续为负载供电。
2.根据权利要求1所述的一种智能服装供电系统，其特征在于，所述太阳能转换装置为薄膜状的基太阳能电池、纤维状的基太阳能电池或织物状的基太阳能电池。
3.根据权利要求2所述的一种智能服装供电系统，其特征在于，所述太阳能电池至少为钙钛矿太阳能电池、砷化镓太阳能电池或聚合物太阳能电池中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种智能服装供电系统，其特征在于，所述能量整合管理装置包括输出端口，用于与所述负载连接，实现对所述负载充电。
5.根据权利要求4所述的一种智能服装供电系统，其特征在于，所述输出端口为USB接口、Type-C接口和/或Lighting接口。
6.根据权利要求1所述的一种智能服装供电系统，其特征在于，所述能量存储装置包括多个电池单元和多个导电线路，相邻的两个所述电池单元之间通过所述导电线路连接。
7.根据权利要求6所述的一种智能服装供电系统，其特征在于，所述电池单元包括电池电接触正极和电池电接触负极，相邻的两个所述电池单元的电池电接触正极与所述电池单元的电池电接触负极之间通过所述导电线路连接。
8.根据权利要求1所述的一种智能服装供电系统，其特征在于，所述热能转换装置为薄膜状的热电器件、纤维状的热电器件或织物状的热电器件。
9.根据权利要求1所述的一种智能服装供电系统，其特征在于，所述机械能转换装置为薄膜状的摩擦纳米发电机、纤维状的摩擦纳米发电机或织物状的摩擦纳米发电机。
10.根据权利要求1所述的一种智能服装供电系统，其特征在于，所述系统还包括：开关，所述开关的一端与所述能量整合管理装置连接，所述开关的另一端分别所述能量存储装置和所述负载连接，所述开关用于控制给所述负载或者所述能量存储装置提供电能。
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