CN113452283A - 振动能量收集系统、用于该系统的电路以及运行该系统的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种运行振动能量收集系统的方法，包括提供能量收集器和能量存储模块。能量存储模块耦合到能量收集器以将能量传递到能量存储模块。该方法还包括确定所传递的能量是否超过预定阈值。该方法还包括：当所传递的能量超过预定阈值时，通过无源设备限制传递至能量存储模块的能量。
Description
技术领域
本公开涉及能量收集系统，尤其涉及降低了低效率和复杂结构的用于改进能量收集的方法、系统和装置。
背景技术
来自诸如振动器之类的能量源的振动能可以被转换成电能并且被收集到服装工业(例如，智能服装的标签)、汽车工业(例如，汽车无线传感器)、建筑业(例如智能建筑)等中的动力装置。振动能量收集系统通常包括两部分–换能器和电路，包括直流(DC)-DC转换器和能量存储设备。换能器可以包括例如大纤维复合材料(MFC)、压电换能器(PZT)或聚偏二氟乙烯(PVDF)或由其形成。电路确保由换能器产生的能量可用于并存储用于外部连接的设备，例如集成电路(IC)。传统上，DC-DC转换器包括高效降压转换器，并且能量存储设备包括低容量可充电电池。由于可充电电池的寿命周期有限，因此整个传统振动能量收集系统的寿命周期也受到限制。因此，需要用于振动能量收集的改进的方法、系统和装置，其具有增加的寿命周期、提高的效率和减小的尺寸。
发明内容
本发明提供了一种运行振动能量收集系统的方法，包括提供能量收集器和能量存储模块。能量存储模块耦合到能量收集器以将能量传递到能量存储模块。该方法还包括确定所传递的能量是否超过预定阈值。该方法还包括：当所传递的能量超过预定阈值时，通过无源设备限制传递至能量存储模块的能量。
附图说明
图1a是常规的振动能量收集系统的示例框图；
图1b是常规的振动能量收集系统的示例框图，该振动能量收集系统将产生的能量供应给负载和可再充电电池；
图1c是常规的振动能量收集系统的示例框图，该振动能量收集系统从可再充电电池向负载提供能量；
图2是根据本公开的实施例的振动能量收集系统的示例框图；
图3是根据本公开的实施例的振动能量收集系统的示例详细示意图；
图4是示出根据本公开的实施例的振动能量收集系统中的瞬态电压抑制(TVS)二极管的示例测试波形的图；
图5是示出根据本公开的实施例的用于振动能量收集的示例过程的流程图；以及
图6是与本文所述的一个或多个部件相关联的诸如电子设备系统之类的负载的框图。
具体实施方式
将结合使用无源存储设备与用于存储能量的无源夹紧设备相结合的能量收集和能量存储来描述本公开的实施例，其使用方法及其变型。
以下详细描述参照附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。
图1a是常规的振动能量收集系统100的框图。常规的振动能量收集系统100通常包括电路104，该电路104耦合在诸如压电换能器108的能量产生器与负载128之间。负载128可以包括任何电子设备，例如但不限于小型电子设备、感测设备、集成电路等。电路104包括整流桥112，用于将高DC电压转换为低DC电压的DC-DC转换器124，例如降压转换器、电池管理电路116、电池120、电阻器132和二极管136。压电换能器108耦合到整流器桥112，例如全波二极管桥式整流器，用于将来自压电换能器108的交流(AC)电压转换为DC电压。整流桥112耦合到DC-DC转换器124以及电池管理电路116的电阻器132和二极管136的并联组合。电池管理电路116管理并耦合到电池120，而DC-DC转换器124耦合到负载128。
如图1b所示，当压电换能器108工作时，常规的振动能量收集系统100将能量从140处的压电换能器108经由144处的整流桥112和DC-DC转换器124传递给负载128。同时，在148处以DC电压形式的能量经由电阻器132被提供给电池管理电路116，以在152处对电池116进行充电。电池120充电时，电流会通过电池管理器116流经电阻132到达电池120。电阻器132限制充电电流以保护电池120。如图所示，二极管136被反向偏置，因此防止了电流沿该方向流动。
如图1c所示，当压电换能器108关闭并停止振动时，压电换能器108没有提供能量，并且在160处跨电阻132和二极管136的组合在156处提供来自电池120(电流)的能量(二极管136以正向偏置运行以允许电流流动)，并且用于在164处维持到DC-DC转换器124的能量，该能量用于为负载128供电。
常规的振动能量收集系统具有许多缺点，例如需要太多的电路组件，例如复杂的电池管理电路，这增加了系统的整体尺寸和成本。假设所收集的能量通常较低(例如微瓦系统)，则应将系统的尺寸保持尽可能小，以使其实用并适用于各种应用。另外，由于电池管理功能，系统效率受到限制，因为电池不能用过高的电流充电或不能在低压下放电，因此需要检测和保护电路。在微瓦系统中，电池管理电路和充电电路的功率损耗变得相对较大，并且导致整个系统的效率低下。
此外，电池具有有限的寿命周期，这限制了整个系统的寿命。例如，镍氢可充电电池的库仑效率低，寿命为300-500个周期，自放电率为70％(30天之内的电压降)，能量密度为60-80Wh/kg。作为另一示例，锂可再充电电池的库仑效率中等，寿命为500-1000个周期，自放电率为95％并且能量密度为120-140Wh/kg。
此外，当压电换能器提供过大的电压时，DC-DC转换器的输入电压将连续增加到可能损坏其他电路组件的水平。因此，需要保护电路。
图2是根据本公开的实施例的振动能量收集系统200的框图。振动能量收集系统200通常包括电路204，该电路204耦合在诸如压电换能器208之类的能量发生器与负载228之间。尽管将负载228图示为通过有线连接耦合到电路204，但是负载228也可以无线连接到电路204。电路204包括整流桥212、DC-DC转换器224、瞬态电压抑制(TVS)二极管260和超级电容器270。压电换能器208耦合到整流器桥224，以将来自压电换能器208的AC电压转换成DC电压。整流桥212耦合到TVS二极管260和超级电容器270的并联组合。当压电换能器208运行时，所产生的AC电压被整流桥212转换成DC电压，并且该DC电压被用于给超级电容器270充电以及被提供给DC-DC转换器224。来自DC-DC转换器224的较低电压用于向负载228供电。当压电换能器208停止运行时，没有AC电压提供给整流桥212。结果，超级电容器270放电，并且来自超级电容器270的能量(电压)被提供给DC-DC转换器224。来自DC-DC转换器224的较低电压用于向负载228供电。
根据本公开的实施例，当感应电压超过雪崩击穿电位时，TVS二极管用作钳位机构，以分流过量电流。因此，TVS二极管260抑制高于其从整流桥212提供的其击穿电压的所有过电压，以保护超级电容器270。根据本公开的一个实施例，图2所示的TVS二极管260被表示为单向器件，其像任何其他雪崩二极管一样在正向方向上作为整流器工作，但是被设计和测试为处理非常大的峰值电流，如下面更详细地讨论的。
当来自整流桥212的过电压被去除时，TVS二极管260自动复位，但是TVS二极管260比其他装置吸收更多的瞬态能量。例如，在整流桥212与超级电容器270之间增加TVS二极管260的低反向泄漏电流可提高振动能量收集系统200的鲁棒性。此外，由于TVS二极管260是无源设备，所以其功率损耗仅由正常工作条件下的反向泄漏电流引起。这样可以减少功率损耗。TVS二极管260可以比其他常见的过电压保护组件(如压敏电阻或气体放电管)更快地响应过电压，对于TVS二极管260，实际的钳位发生在大约一皮秒内，这使得TVS二极管260可用于防止非常快速且经常损坏的电压瞬变。
尽管图2示出了与超级电容器270并联的TVS二极管260，但是在本公开的实施例的范围内可以设想TVS二极管和超级电容器的各种组合。例如，本公开的实施例包括超级电容器的各种电容，具有单个电容器部分的电容器模块、串联提供的超级电容器、并联提供的超级电容器以及串联/并联组合提供的超级电容器。此外，可以在本公开的实施例的范围内考虑TVS二极管和超级电容器的各种组合，包括但不限于与超级电容器并联的TVS二极管(如图2所示)，与包括两个或多个串联电容器的电容器模块并联的TVS二极管，以及与作为模块的超级电容器和与另一个模块串联的两个或多个电容器并联的TVS二极管。
TVS二极管的额定电压范围小于或等于超级电容器之一的额定电压。例如，如果超级电容器的额定电压为5V，则TVS二极管的额定电压范围在0V至5V之间。作为第二个示例，如果超级电容器的额定电压为11V，则TVS二极管的额定电压范围在5V至11V之间。
与可再充电电池相比，超级电容器具有比镍氢可再充电电池和锂可再充电电池更高的库仑效率。超级电容器的寿命也超过500,000个周期，自放电率为65％，能量密度为1-10Wh/kg。另外，通过将超级电容器代替可再充电电池并入振动能量收集系统中，降低了对具有以下优点的昂贵电池管理电路的需求。由于超级电容器可以维持相对较高的充电电流或放电电流，因此不需要添加电池管理电路或限流电路，与使用电池相比，该电池管理电路或限流电路可以减少电路部件的数量。电路组件的减少使整个系统更小，尺寸减小了功率损耗。如上所述，与可充电电池相比，超级电容器具有更长的使用寿命。超级电容器的较长使用寿命使整个系统更加可靠，从而减少了系统所需的维护。超级电容器还支持瞬时大功耗，从而使整个系统稳定。因此，当出现瞬时功率峰值时，系统将不会关闭。
尽管将超级电容器结合到振动能量收集系统中具有许多优点，其中一些已经在上面被确认，但是与使用超级电容器相关的一个问题是自放电。在某些情况下，该超级电容器的自放电要比可再充电电池严重。这导致增加的能量浪费。超级电容器的自放电与超级电容器的容量和电压成正比。根据本公开的实施例，通过选择超级电容器的合适的容量和运行电压，自放电能量可以减小到仅几微瓦。考虑到结合有可再充电电池、电池管理电路和充电/放电路径的振动能量收集系统将花费许多微瓦，结合超级电容器的设计将更加有效。
与在振动能量收集系统中使用超级电容器相关的另一个问题是，与可再充电电池相比，超级电容器的能量密度较小。因此，结合有超级电容器的振动能量收集系统不能维持长时间，而不会由该系统产生振动能量。因此，根据本公开的实施例，结合了超级电容器的振动能量收集系统特别适合于长时间不存在振动能量的应用。
图3是根据本公开的实施例的示例性振动能量收集系统(不附接负载)300的详细示意图。振动能量收集系统300可包括TVS二极管370、包括电容器364和368的电容器模块360、压电换能器308，包括整流桥和DC-DC转换器的集成电路380、电容器350、370和390以及电感器340。集成电路380包括引脚1至10。集成电路380的引脚1和2分别连接到导线或走线，该导线或走线通向压电换能器308的输入和输出。压电换能器308例如以22.5Hz的自谐振频率工作。集成电路380的引脚4从输入电源接收功率。在这种情况下，引脚4接收与电容器模块360并联的TVS二极管370的电压。TVS二极管370具有10V的反向保护点和例如在11.1V至12.3V范围内的击穿电压。以电容器364和368的串联连接为代表的电容器模块360可以各自具有例如5.5V的电压和0.22F的电容。输入电压VIN由内部整流桥整流，然后提供给内部DC-DC转换器。集成电路380的引脚5代表开关，该开关断开和闭合以分别防止或允许电感器340两端的电压降。集成电路380的引脚3代表参考VIN的内部轨，用作开关5的栅极驱动器。电容器350设置在引脚3和4之间，并且可以具有例如1μF的电容。
集成电路380的引脚6代表集成电路380的输出电压。集成电路380的输出表示从输入电压开始的降压电压。电感器340设置在引脚5和6之间。集成电路的引脚7代表开关5的栅极驱动器，集成电路的引脚8代表输出电压选择位。电容器379设置在引脚7与地之间。集成电路380的引脚9接地。集成电路380的引脚10代表系统的良好或不良电压的指示器。如上所述，在振动能量收集系统300中不包括负载。负载将跨接在与电容器390并联的电路输出两端。
根据在低功率水平下表现良好的振动能量收集系统300的运行，超级电容器360自放电引起的功率损耗约为2-3微瓦。功率消耗仅约10-20微瓦，其随超级电容器360的电压而变化，而系统上没有负载。当将220微瓦的负载耦合到系统时，系统的效率可以达到74％。
图4是示出了并入根据本公开实施例的振动能量收集系统中的TVS二极管的示例测试波形的图。X轴表示以秒为单位测量的时间(每格2秒)，Y轴表示超级电容器和TVS二极管上的采集电压或DC电压(以伏特为单位)。波形404示出了整流之后的DC电压，由此电压随着压电换能器振动而升高，直到其到达TVS二极管保护点并且电压被钳位在11.8V。TVS二极管绕过了振动能量，因此直流电压不能再升高。(为显示明显的测试波形，本实验中使用低容量MLCC代替了超级电容来进行滤波器和能量存储)。
测试结果证明TVS二极管可以绕过冗余能量来保护超级电容器和DC-DC转换器。根据本公开的实施例，TVS二极管钳位电压是一个范围。根据本公开的替代实施例，如图2所示的能量收集系统200与用于模拟实验的振动产生测试系统一起使用。振动能量收集系统200的压电换能器208具有22.5Hz的测量的自谐振振动频率。振动产生测试系统耦合到压电换能器208，并模拟冲击和振动。振动产生测试系统被设置为22.5Hz/0.15G(g-力)振动频率/加速速度，以匹配压电换能器208的振动频率，以获得改善的收集能量。测得的收集功率约为350至600微瓦，可存储在超级电容器中。
根据本公开的另一替代实施例，如图2所示的能量收集系统200被用于人类步行的一个实验(其产生第一振动频率)，并且被用于正在运行的车辆上的另一实验(其产生第二振动频率)。根据第一个实验，能量收集系统200设置在人的鞋子与鞋的内底之间。例如，人是一个体重55公斤，身高169厘米，以0.8至1Hz的第一振动频率行走的女性。根据第二个实验，能量收集系统200连接到汽车悬架系统的弹簧上，并且在汽车运行时的振动频率为1到3Hz。第一个实验中收集的能量为51到211微瓦，第二个实验中收集的能量为300到2300微瓦。
图5是示出根据本公开的实施例的用于振动能量收集的示例过程500的流程图。如该示例中所示，过程500开始于框504。过程500可以包括决策块508，其中，振动能量收集器检测能量存储模块(例如，负载、电子设备等)是否耦合到振动能量收集器。如果振动能量收集器检测到耦合到振动能量收集器的能量存储模块(是)，则过程500继续到框512，在框512处，能量被传递到能量存储模块。或者，如果没有检测到能量存储模块，则过程500转换回到框508。处理500继续进行到判定框516，在框516处，确定所转移的能量是否超过预定阈值。如果在框516确定转移的能量超过预定阈值(是)，则过程500继续到框520，在框520处，转移到能量存储模块的能量由无源设备限制。之后，过程500在框524处结束。
相反，如果在框516确定转移的能量不超过预定阈值(否)，则转移到能量存储模块的能量在框526处继续，并且过程500转换回到框512。
图6是与本文所述的一个或多个组件相关联的诸如电子设备系统600之类的负载的框图。示出的电子设备系统600包括可以经由总线604电耦合的硬件元件。硬件元件可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)608；一个或多个输入设备612(例如，鼠标、键盘等)；一个或多个输出设备616(例如，显示设备、打印机等)。电子设备系统600还可以包括一个或多个存储设备620。举例来说，存储设备620可以是磁盘驱动器、光存储设备、固态存储设备，例如随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)，它们可以是可编程的，闪存可更新的和/或类似的。如本文所述的处理器608的示例可以包括但不限于：
800和801、具有4G LTE集成和64位计算功能的
620和615、具有64位架构的
A7处理器、
M7运动协处理器、
系列、
CoreTM处理器家族、
处理器家族、
AtomTM处理器家族、Intel 
处理器家族、
i5-4670K和i7-4770K 22nm Haswell、
i5-3570K 22nmIvy Bridge、
FXTM处理器家族、
FX-4300、FX-6300和FX-8350 32nm Vishera、
Kaveri处理器、Texas 
Jacinto C6000TM汽车信息娱乐处理器、Texas
OMAPTM汽车级移动处理器、
CortexTM-M处理器、
Cortex-A和ARM926EJ-STM处理器，其他与行业等效的处理器中的至少一种，并且可以使用任何已知的或将来开发的标准、指令集、库和/或架构来执行计算功能。
电子设备系统600可以另外包括计算机可读存储介质读取器624；以及RX通信模块610，其包括用于频移键控(FSK)数据的解调器和调制器，以在系统与电子设备之间交换数据以及其他通信需求，例如，调制解调器、网卡(无线或有线)、红外通信设备等；整流器660、调压器650和工作存储器636，其可以包括如上所述的RAM和ROM设备。电子设备系统600还可包括处理加速单元632，其可包括DSP、专用处理器等。
计算机可读存储介质读取器624可以进一步连接到计算机可读存储介质，一起(或者，与存储设备620结合)全面代表远程、本地、固定和/或可移动存储设备以及用于临时和/或永久包含计算机可读信息的存储介质。RX通信模块610可以允许与网络和/或以上相对于本文描述的计算机环境描述的任何其他计算机交换数据。此外，如本文所公开，术语“存储介质”可以表示用于存储数据的一个或多个设备，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁RAM、核心存储器、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备和/或其他用于存储信息的机器可读介质。
电子设备系统600还可以包括被示为当前位于工作存储器636内的软件元件，包括操作系统640和/或其他代码644。可以执行的其他代码644包括实现RX通信模块610、整流器660和电压调节器650所需的功能的代码。应当理解，电子设备系统600的替代实施例可以具有与上述不同的许多变型。例如，还可以使用定制的硬件和/或可以在硬件、软件(包括便携式软件，例如小应用程序)或两者中实现特定元件。此外，可以采用到诸如网络输入/输出设备的其他计算设备的连接。
本文讨论的任何步骤、功能和操作都可以连续且自动地执行。
已经关于诸如具有无线充电设备的充电设备描述了本公开的示例系统和方法。然而，为了避免不必要地混淆本公开，前面的描述省略了许多已知的结构和设备。该省略不应被解释为要求保护的公开内容的范围的限制。阐述了具体细节以提供对本公开的理解。然而，应当理解，可以以除了本文阐述的具体细节之外的各种方式来实践本公开。
此外，尽管本文所示的实施例示出了单个设备中的各种组件，但是某些组件可以在一个或多个设备中。因此，应当理解，这些组件可以组合成一个或多个设备。
此外，应当理解，连接元件的各种链路可以是有线或无线链路，或其任何组合，或任何其他已知的或以后开发的，能够向连接的元件提供数据和/或从连接的元件传递数据的元件。这些有线或无线链接也可以是安全链接，并且可以传递加密信息。例如，用作链接的传输媒介可以是任何适合电信号的载体，包括同轴电缆、铜线和光纤，并且可以采用声波或光波的形式，例如在无线电波和红外数据通信期间生成的声波或光波。
尽管已经针对事件的特定顺序讨论和说明了流程图，但是应当理解的是，在不实质影响所公开的实施例、配置和方面的操作的情况下，可以发生对该顺序的改变、增加和省略。
可以使用本公开的许多变化和修改。可以提供本公开的一些特征而无需提供其他特征。
在又一个实施例中，可以结合专用计算机、编程的微处理器或微控制器以及外围集成电路元件、ASIC或其他集成电路、数字信号处理器、硬接线电子或逻辑电路(例如分立元件电路)、可编程逻辑器件或门阵列，例如PLD、PLA、FPGA、PAL、专用计算机、任何类似的装置等，来实现本公开的系统和方法。一般而言，能够实现本文所示的方法的任何设备或装置都可以用于实现本公开的各个方面。可以用于本公开的示例硬件包括计算机、手持式设备、电话(例如，蜂窝、启用互联网、数字、模拟、混合以及其他)，以及本领域已知的其他硬件。这些设备中的一些包括处理器(例如，单个或多个微处理器)、存储器、非易失性存储器、输入设备和输出设备。此外，还可构造替代软件实现方式，包括但不限于分布式处理或组件/对象分布式处理、并行处理或虚拟机处理，以实现本文所述的方法。
在又一个实施例中，所公开的方法可以容易地结合使用对象或面向对象的软件开发环境的软件来实施，该对象或面向对象的软件开发环境提供可以在各种计算机或工作站平台上使用的便携式源代码。可替代地，所公开的系统可以使用标准逻辑电路或VLSI设计以硬件部分或全部地实现。使用软件还是硬件来实现根据本公开的系统取决于系统的速度和/或效率要求、特定功能以及所使用的特定软件或硬件系统或微处理器或微计算机系统。
在又一个实施例中，所公开的方法可以部分地以可以存储在存储介质上的软件来实现，该软件可以在控制器和存储器、专用计算机，微处理器等的协作下在编程的通用计算机上执行。在这些情况下，可以将本公开的系统和方法实现为嵌入在个人计算机上的程序，例如小程序，
或CGI脚本，作为驻留在服务器或计算机工作站上的资源，作为嵌入专用测量系统、系统组件等中的例程。该系统还可以通过将系统和/或方法物理地结合到软件和/或硬件系统中来实现。
尽管本公开参考特定的标准和协议描述了在实施例中实现的组件和功能，但是本公开不限于这样的标准和协议。存在本文未提及的其他类似标准和协议，并且被认为包括在本公开中。此外，本文所提及的标准和协议以及本文未提及的其他类似标准和协议被具有基本相同功能的更快或更有效的等价物周期性地取代。具有相同功能的这种替换标准和协议被认为是本公开中包括的等同物。
在各种实施例、配置和方面中，本公开包括基本上如本文所描绘和描述的组件、方法、过程、系统和/或装置，包括各种实施例、其子组合及其子集。在理解本公开之后，本领域技术人员将理解如何制造和使用本文公开的系统和方法。在各种实施例、配置和方面中，本公开包括在不存在未在本文中描绘和/或描述的项目或在各种实施例、配置或方面中的情况下提供装置和过程，包括在不存在先前设备或过程中可能使用的项目的情况下，例如，用于提高性能、实现简便性和/或降低实施成本。
已经出于说明和描述的目的呈现了本公开的前述讨论。前述内容并非旨在将本公开限制为本文公开的一种或多种形式。例如，在前述的详细描述中，出于简化本公开的目的，在一个或多个实施例、配置或方面中将本公开的各种特征分组在一起。可以将本公开的实施例、配置或方面的特征组合在除了以上讨论的那些以外的替代实施例、配置或方面中。本公开的方法不应被解释为反映了以下意图：所要求保护的公开需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征。而是，如所附权利要求所反映的，发明方面在于少于单个前述公开的实施例、构造或方面的所有特征。因此，以下权利要求据此被结合到该详细描述中，其中每个权利要求独立地作为本公开的单独的优选实施例。
此外，尽管本公开的描述已经包括对一个或多个实施例、配置或方面以及某些变型和修改的描述，在理解本公开之后，其他变型、组合和修改在本公开的范围内，例如，如可能在本领域技术人员的技术和知识之内。旨在获得权利，其包括在允许的范围内的替代实施例、配置或方面，包括所主张权利的替代、互换和/或等效结构、功能、范围或步骤，不论本文是否公开了这种替代、互换和/或等效的结构、功能、范围或步骤，而无意公开致力于任何可获专利的主题。
短语“至少一个”、“一个或多个”、“或”和“和/或”是开放式表达，其在操作中是结合的和分离的。例如，表达式“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”、“A、B、和/或C”和“A、B、或C”均表示单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A、B和C一起。
术语“一个(a)”或“一个(an)”实体是指该实体中的一个或多个。这样，术语“一个”、“一个或多个”和“至少一个”在本文中可以互换使用。还应注意，术语“包括(comprising)”、“包含(including)”和“具有(having)”可以互换使用。
如本文中所使用的，术语“自动”及其变型是指在执行过程或操作时在没有物质人工输入的情况下完成的通常为连续或半连续的任何过程或操作。但是，即使过程或操作的执行使用了实质性的或非实质性的人工输入，即使该过程或操作的执行是在执行过程或操作的执行之前接收到的，该过程或操作也可以是自动的。如果人工输入影响过程或操作的执行方式，则认为人工输入是实质性的。同意执行流程或操作的人员输入不被视为“实质性”。
本公开的各方面可以采取以下形式：完全是硬件的实施例、完全是软件(包括固件、驻留软件、微代码等)的实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式，它们在本文中通常都可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。
计算机可读存储介质可以是，例如但不限于，电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括以下内容：具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或上述的任意合适组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，其可以包含或存储供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序。
计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的一部分的传播的数据信号，该传播的数据信号具有包含在其中的计算机可读程序代码。这样的传播信号可以采取多种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是不是计算机可读存储介质的任何计算机可读介质，并且可以通信、传播或传输供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序。可以使用任何适当的介质来传输包含在计算机可读介质上的程序代码，该介质包括但不限于无线、有线、光缆、RF等或上述的任意适当组合。
本文所使用的术语“确定”、“计算”、“计算”及其变体可互换使用，并且包括任何类型的方法、过程、数学运算或技术。
Claims (20)
1.一种运行振动能量收集系统的方法，包括：
提供能量收集器和能量存储模块，其中，能量收集器与能量存储模块耦合，以将能量传递到能量存储模块；
确定所传递的能量是否超过预定阈值；以及
当传递的能量超过预定阈值时，通过无源设备限制传递到能量存储模块的能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
传递能量到与能量存储模块和能量收集器耦合的负载。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当能量瞬时超过预定阈值时，无源设备能够限制能量的传递。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
经由有线连接将负载耦合到能量存储模块和能量收集器。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
经由无线连接将负载耦合到能量存储模块和能量收集器。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
当能量收集器处于运行状态时，传递能量收集器收集的能量到负载。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
当能量收集器未运行时，传递能量存储模块存储的能量到负载。
8.一种振动能量收集系统，包括：
能量收集器；
能量存储模块，用于存储来自能量收集器的能量；以及
无源设备，配置为当所传递的能量超过预定阈值时限制传递到能量存储模块的能量。
9.根据权利要求8所述的振动能量收集系统，其特征在于，还包括与能量存储模块和能量收集器耦合的负载。
10.根据权利要求8所述的振动能量收集系统，其特征在于，当能量瞬时超过预定阈值时，无源设备能够限制能量的传递。
11.根据权利要求9所述的振动能量收集系统，其特征在于，负载通过有线连接与能量存储模块和能量收集器耦合。
12.根据权利要求9所述的振动能量收集系统，其特征在于，负载通过无线连接与能量存储模块和能量收集器耦合。
13.根据权利要求9所述的振动能量收集系统，其特征在于，当能量收集器处于运行状态中时，能量收集器收集的能量被传递到负载。
14.根据权利要求9所述的振动能量收集系统，其特征在于，当能量收集器未运行时，能量存储模块存储的能量被传递到负载。
15.根据权利要求8所述的振动能量收集系统，其特征在于，能量收集器是压电换能器。
16.根据权利要求8所述的振动能量收集系统，其特征在于，能量存储模块包括至少一个超级电容器。
17.根据权利要求16所述的振动能量收集系统，其特征在于，无源设备包括瞬态电压抑制(TVS)二极管。
18.根据权利要求17所述的振动能量收集系统，其特征在于，至少一个超级电容器的寿命周期大于500,000个周期。
19.根据权利要求18所述的振动能量收集系统，其特征在于，TVS二极管的额定电压小于或等于每一超级电容器的额定电压。
20.一种用于振动能量收集系统的电路，包括：
能量存储模块，用于存储来自能量收集器的能量；以及
无源设备，配置为当所传递的能量超过预定阈值时限制传递到能量存储模块的能量。
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