CN112713638A - 一种自供能柔性储能器件以及自供能传感器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于可穿戴电子设备的自供能柔性储能器件，具体为一种自供能柔性储能器件以及自供能传感器件，解决了背景技术中的问题，其包括能量收集装置、柔性电子线路和柔性超级电容器，还包括绝缘硅胶封装套，通过绝缘硅胶封装套将能量收集装置、柔性电子线路和柔性超级电容器合并封装。本发明提供了一种自供能柔性储能器件以及自供能传感器件，其具有尺寸小、结构多变、安全性高以及舒适度好等优点，而且柔性超级电容器可以提供更高的功率密度，更快的充电速度以及更长的使用周期，这些参数对于可穿戴电子设备的进一步优化与发展至关重要，为可穿戴电子设备的升级提供了更好的保障。
Description
技术领域
本发明属于微能源收集与存储领域，涉及用于可穿戴电子设备的自供能柔性储能器件，具体为一种自供能柔性储能器件以及基于自供能柔性储能器件的自供能传感器件。
背景技术
近年来，由于人口老龄化以及人们生活不规律，导致了诸多健康问题，医疗资源也不堪重负。有限的医疗资源与日益增长的医疗需求的矛盾，人们对医疗服务水平要求不断提高导致个性化医疗服务成为更多人的期望与选择，以及“看病贵，看病难”与个人医疗健康方面经济负担的恶性循环，多重因素的驱动下，医疗健康问题亟待解决。而可穿戴健康监测系统技术的实时性、便携性、较低的医疗成本等优点，完美解决了以上诸多问题。可穿戴健康监测系统由传感器、电子控制器、供电单元组成，而系统在应用发展的关键问题之一在于需要体积更小、容量更大的供电单元，传统电池安全度低，可充电次数较差，限制了使用寿命以及舒适度等。
现有技术的可穿戴健康监测设备主要由纽扣电池来进行供电，通过频繁地更换纽扣电池来维持可穿戴健康监测系统的运行，而纽扣电池在穿戴舒适度上，以及使用时间上都不尽如人意。
柔性超级电容器由于具备尺寸小、结构多变、安全性高以及舒适度好等优点，成为可穿戴电子设备中供电单元的热门候选者之一。与传统电容器、锂离子等相比，柔性超级电容器可以提供更高的功率密度，更快的充电速度以及更长的使用周期，这些参数对于可穿戴电子的进一步优化与发展至关重要。
但是，柔性超级电容器也仅仅为一个储能器件，当配合可穿戴健康监测系统使用时，也将很快消耗完电量，失去对可穿戴健康监测系统的供电能力。
发明内容
本发明旨在背景技术中的技术问题，提供了一种自供能柔性储能器件以及自供能传感器件。
本发明解决其技术问题采用的技术手段是：一种自供能柔性储能器件，包括能量收集装置、柔性电子线路和柔性超级电容器，能量收集装置包括第一正输出端和第一负输出端，柔性电子线路包括第一正输入端、第一负输入端、第二正输出端以及第二负输出端，柔性超级电容器包括第二正输入端、第二负输入端、第三正输出端以及第三负输出端；第一正输出端与第一正输入端相连，第一负输出端与第一负输入端相连，第二正输出端与第二正输入端相连，第二负输出端与第二负输入端相连；第三正输出端和第三负输出端作为自供能柔性储能器件本体的两个电能输出端；还包括绝缘硅胶封装套，通过绝缘硅胶封装套将能量收集装置、柔性电子线路和柔性超级电容器合并封装。能量收集装置是用于收集环境中的能量并转化为电能，能量收集装置中的电能经过柔性电子线路处理后，整流成直流电流，柔性电子线路将直流电流充入柔性超级电容器中，从而实现储能，自供能柔性储能器件对外供电时就是柔性超级电容器放电的过程。设置绝缘硅胶封装套能够将能量收集装置、柔性电子线路和柔性超级电容器紧密结合在一起，保证了安全性能和可穿戴电子设备的舒适度，而且自供能柔性储能器件能够进行不断充放电，不需要对可穿戴电子设备经常更换电池，而且自供能柔性储能器件因为设置有柔性超级电容器，所以寿命较长。自供能柔性储能器件的尺寸大小、结构样式可以根据实际需求设置。
优选的，能量收集装置、柔性电子线路和柔性超级电容器均为层状结构。这样保证了自供能柔性储能器件在使用过程中的舒适性，而且便于穿戴装配。
优选的，能量收集装置为摩擦纳米发电机、热释电薄膜或压电薄膜。通过摩擦纳米发电机、热释电薄膜或压电薄膜可以对环境中难以收集的热能、振动机械能与摩擦所产生的能量进行收集，为自供能柔性储能器件提供源源不断的电能。
优选的，柔性电子线路为桥式整流电路。通过桥式整流电路的整流能实现高效率储能。
优选的，桥式整流电路中并联有滤波电容。设置滤波电容是为了去除电流中的杂波，使得电流能加平稳。
优选的，柔性超级电容器包括上下两层柔性电级层，两层柔性电级层之间设有两层凝胶态电解质层，两层凝胶态电解质层之间还设有隔离纸。通过这样的结构实现全固态的柔性超级电容器的制作，柔性超级电容器具有尺寸小、结构多变、安全性高以及舒适度好等优点，与传统电容器、锂离子电池等相比，超级电容器能够提供更高的功率密度，更快的充电速度以及更长的使用周期，这些参数实现了可穿戴电子的进一步优化与发展。
优选的，柔性超级电容器的外部封装有绝缘硅胶层。这是为了将皮肤与柔性器件进行隔离，在防止短路的同时，提高了自供能柔性储能器件的安全性。
优选的，柔性电级层是由静电纺丝在惰性气体下且温度在700℃的环境中锻造而成的。柔性电级层实现可形变并且提高了可穿戴的舒适度。
本发明还提供了一种基于自供能柔性储能器件的自供能传感器件，包括传感系统和自供能柔性储能器件，传感系统与自供能柔性储能器件的两个电能输出端电连接；传感系统包括低功耗CPU、传感器组件和信息发送模块，传感器组件和信息发送模块分别与低功耗CPU电连接。自供能柔性储能器件能够为传感系统供电，传感系统中传感器组件将检测到的信息发送给低功耗CPU，低功耗CPU再控制信息发送模块将数据发送出去。
优选的，传感器组件包括柔性压力传感器和柔性温度传感器，柔性压力传感器和柔性温度传感器分别与低功耗CPU相连。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种自供能柔性储能器件以及自供能传感器件，其具有尺寸小、结构多变、安全性高以及舒适度好等优点，而且柔性超级电容器可以提供更高的功率密度，更快的充电速度以及更长的使用周期，这些参数对于可穿戴电子设备的进一步优化与发展至关重要，为可穿戴电子设备的升级提供了更好的保障。
附图说明
图1为本发明所述的一种自供能柔性储能器件的结构示意图。
图2为本发明所述一种自供能柔性储能器件中的柔性电子线路的结构示意图。
图3为本发明所述一种自供能柔性储能器件中的柔性超级电容器的结构示意图。
图4为本发明所述的一种自供能传感器件的结构示意图。
图中：10-能量收集装置；20-柔性电子线路；21-二极管；22-滤波电容；30-柔性超级电容器；31-柔性电级层；32-凝胶态电解质层；33-隔离纸；40-绝缘硅胶封装套；50-传感系统。
具体实施方式
参照图1-图4，对本发明所述的一种自供能柔性储能器件以及自供能传感器件进行详细说明。
一种自供能柔性储能器件，如图1所示，包括能量收集装置10、柔性电子线路20和柔性超级电容器30，能量收集装置10包括第一正输出端和第一负输出端，柔性电子线路20包括第一正输入端、第一负输入端、第二正输出端以及第二负输出端，柔性超级电容器30包括第二正输入端、第二负输入端、第三正输出端以及第三负输出端；第一正输出端与第一正输入端相连，第一负输出端与第一负输入端相连，第二正输出端与第二正输入端相连，第二负输出端与第二负输入端相连；第三正输出端和第三负输出端作为自供能柔性储能器件本体的两个电能输出端；还包括绝缘硅胶封装套40，通过绝缘硅胶封装套40将能量收集装置10、柔性电子线路20和柔性超级电容器30合并封装。能量收集装置10是用于收集环境中的能量并转化为电能，能量收集装置10中的电能经过柔性电子线路20处理后，整流成直流电流，柔性电子线路20将直流电流充入柔性超级电容器30中，从而实现储能，自供能柔性储能器件对外供电时就是柔性超级电容器30放电的过程。设置绝缘硅胶封装套40能够将能量收集装置10、柔性电子线路20和柔性超级电容器30紧密结合在一起，保证了安全性能和可穿戴电子设备的舒适度，而且自供能柔性储能器件能够进行不断充放电，不需要对可穿戴电子设备经常更换电池，而且自供能柔性储能器件因为设置有柔性超级电容器30，所以寿命较长。自供能柔性储能器件的尺寸大小、结构样式可以根据实际需求设置。
进一步的，作为本发明所述的一种自供能柔性储能器件的一种具体实施方式，如图1所示，能量收集装置10、柔性电子线路20和柔性超级电容器30均为层状结构。这样保证了自供能柔性储能器件在使用过程中的舒适性，而且便于穿戴装配。
进一步的，作为本发明所述的一种自供能柔性储能器件的一种具体实施方式，能量收集装置10为摩擦纳米发电机、热释电薄膜或压电薄膜。通过摩擦纳米发电机、热释电薄膜或压电薄膜可以对环境中难以收集的热能、振动机械能与摩擦所产生的能量进行收集，为自供能柔性储能器件提供源源不断的电能。
进一步的，作为本发明所述的一种自供能柔性储能器件的一种具体实施方式，如图2所示，柔性电子线路20为桥式整流电路，即图2中所示桥式整流电路由四个二极管21组成，通过桥式整流电路的整流能实现高效率储能。
进一步的，作为本发明所述的一种自供能柔性储能器件的一种具体实施方式，如图2所示，桥式整流电路中并联有滤波电容22。设置滤波电容22是为了去除电流中的杂波，使得电流能加平稳。
进一步的，作为本发明所述的一种自供能柔性储能器件的一种具体实施方式，如图3所示，柔性超级电容器30包括上下两层柔性电级层31，两层柔性电级层31之间设有两层凝胶态电解质层32，两层凝胶态电解质层32之间还设有隔离纸33。具体实施中，两层柔性电级层31、两层凝胶态电解质层32以及隔离纸33之间紧密结合而成。通过这样的结构实现全固态的柔性超级电容器30的制作，柔性超级电容器30具有尺寸小、结构多变、安全性高以及舒适度好等优点，与传统电容器、锂离子电池等相比，柔性超级电容器30能够提供更高的功率密度，更快的充电速度以及更长的使用周期，这些参数实现了可穿戴电子的进一步优化与发展。
进一步的，作为本发明所述的一种自供能柔性储能器件的一种具体实施方式，如图3所示，柔性超级电容器30的外部封装有绝缘硅胶层。这是为了将皮肤与柔性器件进行隔离，在防止短路的同时，提高了自供能柔性储能器件的安全性。
进一步的，作为本发明所述的一种自供能柔性储能器件的一种具体实施方式，柔性电级层31是由静电纺丝在惰性气体下且温度在700℃的环境中锻造而成的。柔性电级层31实现可形变并且提高了可穿戴的舒适度。
本发明还提供了一种基于自供能柔性储能器件的自供能传感器件，如图4所示，包括传感系统50和自供能柔性储能器件，传感系统50与自供能柔性储能器件的两个电能输出端电连接；传感系统50包括低功耗CPU、传感器组件和信息发送模块，传感器组件和信息发送模块分别与低功耗CPU电连接。自供能柔性储能器件能够为传感系统50供电，传感系统50中传感器组件将检测到的信息发送给低功耗CPU，低功耗CPU再控制信息发送模块将数据发送出去。
进一步的，作为本发明所述的一种自供能传感器件的一种具体实施方式，传感器组件包括柔性压力传感器和柔性温度传感器，柔性压力传感器和柔性温度传感器分别与低功耗CPU相连。
以上具体结构是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或者替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种自供能柔性储能器件，其特征在于，包括能量收集装置（10）、柔性电子线路（20）和柔性超级电容器（30），能量收集装置（10）包括第一正输出端和第一负输出端，柔性电子线路（20）包括第一正输入端、第一负输入端、第二正输出端以及第二负输出端，柔性超级电容器（30）包括第二正输入端、第二负输入端、第三正输出端以及第三负输出端；第一正输出端与第一正输入端相连，第一负输出端与第一负输入端相连，第二正输出端与第二正输入端相连，第二负输出端与第二负输入端相连；第三正输出端和第三负输出端作为自供能柔性储能器件本体的两个电能输出端；还包括绝缘硅胶封装套（40），通过绝缘硅胶封装套（40）将能量收集装置（10）、柔性电子线路（20）和柔性超级电容器（30）合并封装。
2.根据权利要求1所述的一种自供能柔性储能器件，其特征在于，能量收集装置（10）、柔性电子线路（20）和柔性超级电容器（30）均为层状结构。
3.根据权利要求1所述的一种自供能柔性储能器件，其特征在于，能量收集装置（10）为摩擦纳米发电机、热释电薄膜或压电薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种自供能柔性储能器件，其特征在于，柔性电子线路（20）为桥式整流电路。
5.根据权利要求4所述的一种自供能柔性储能器件，其特征在于，桥式整流电路中并联有滤波电容（22）。
6.根据权利要求1所述的任一种自供能柔性储能器件，其特征在于，柔性超级电容器（30）包括上下两层柔性电级层（31），两层柔性电级层（31）之间设有两层凝胶态电解质层（32），两层凝胶态电解质层（32）之间还设有隔离纸（33）。
7.根据权利要求6所述的一种自供能柔性储能器件，其特征在于，柔性超级电容器（30）的外部封装有绝缘硅胶层。
8.根据权利要求7所述的一种自供能柔性储能器件，其特征在于，柔性电级层（31）是由静电纺丝在惰性气体下且温度在700℃的环境中锻造而成的。
9.一种基于权利要求1-8所述的任一种自供能柔性储能器件的自供能传感器件，其特征在于，包括传感系统（50）和自供能柔性储能器件，传感系统（50）与自供能柔性储能器件的两个电能输出端电连接；传感系统（50）包括低功耗CPU、传感器组件和信息发送模块，传感器组件和信息发送模块分别与低功耗CPU电连接。
10.根据权利要求9所述的一种自供能传感器件，其特征在于，传感器组件包括柔性压力传感器和柔性温度传感器，柔性压力传感器和柔性温度传感器分别与低功耗CPU相连。
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