CN203466601U - 低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置 - Google Patents

低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置，包括：一太阳能电池，一反向阻断二极管，一锂陶瓷电池，一直流转换器，一电流开关，一超级电容，一微处理器；所述太阳能电池通过反向阻断二极管连接锂陶瓷电池，锂陶瓷电池依次通过直流转换器、电流开关连接超级电容，微处理器连接电流开关。本实用新型提供的户外电源装置，能实现能源收集、能源储存及能源派发，为边远无市电地区的无线感测网路一劳永逸地解决高成本电池更新维护和昂贵的市电布线成本的问题。

Description

低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置
技术领域
本实用新型涉及无线感测网路的电源供给装置，具体涉及一种低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置。
背景技术
物联网与户外无线感测网路正在迅速发展，成千上万的无线感测网路都需使用低功率的电源供给，目前无线感测网路电源供给是由国家电网或电池，经整流及稳压而成。如果国家电网220v市电在附近，只需加一些整流及稳压的电路即可解决网路供电之需求。但是边远地区的无线感测网路，通常是离国家电网的220v太远，配电工程施工困难又成本高，只好用电池解决供电需求。但是使用电池则经年累月要去远方交通不便地区更换电池，也是所费不赀，维修成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置，能实现能源收集、能源储存及能源派发，为边远无市电地区的无线感测网路一劳永逸地解决高成本电池更新维护和昂贵的市电布线成本的问题。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是设计一种低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置，包括：
一太阳能电池，用于收集太阳能和输出电能；
一反向阻断二极管，用于太阳能电池单向输出电能；
一锂陶瓷电池，用于存储和输出电能；
一直流转换器，用于直流电压的转换；
一电流开关，用于导通或截至直流输出；
一超级电容，用于存储电能并直接对负载供电；
一微处理器，用于控制电流开关的导通时间和截至时间；
所述太阳能电池通过反向阻断二极管连接锂陶瓷电池，锂陶瓷电池依次通过直流转换器、电流开关连接超级电容，微处理器连接电流开关。
优选的，所述太阳能电池为10W的太阳能电池。
优选的，所述锂陶瓷电池为11.1V的锂陶瓷电池。
优选的，所述直流转换器为11V转3V的直流转换器。
优选的，所述电流开关为MOS管电流开关。
优选的，所述超级电容为10F的超级电容。
本实用新型是一种利用大自然能源采集及特别元件(超级电容)来达成零维修的低功率户外电源，能实现能源收集、能源储存及能源派发，为边远无市电地区的无线感测网路一劳永逸地解决高成本电池更新维护和昂贵的市电布线成本的问题。如此一来不但边远感测网路有持久可靠的低功率电源供给，还不需担心是否需派技工去边远地区更换电池，至少十年零维修。不需布建市电线路，也就不需付电费。本实用新型提供的是一种将近零维修、双重储能的技术方案。
本实用新型具有以下特点：
1.不需要经常汰换电池，零维修。
2.避免了因为旧电池之腐蚀而破坏无线感测网路的元件。
3.几乎没有营运成本因为不需付电费也不要买电池
4.不需配电工程施工，环保兼容性高。
5.使用纳米技术为基础的锂陶瓷电池不需担心过充，也无烟，不易燃，无泄漏，十年零维修。
6.使用纳米技术为基础的超级电容，只当有需求时才提供高效的智能电源，又与锂陶瓷电池相辅相成。
7.因双重储能，而能十年零维修。
附图说明
图1是本实用新型的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
本实用新型最关键的技术是在双重储能的智能电源配派、采集及储存能源的设计上。一来是用新型高效电路做太阳能采集的核心，储能设计则使用最先进纳米科技制程的超级电容和锂陶瓷电池。在能源的采集及存储上取得最佳效率及平衡。电源配派则使用微处理器做高效的能量分配。
本实用新型具体实施的技术方案是：
如图1所示，一种低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置，包括：
一太阳能电池A，用于收集太阳能和输出电能；
一反向阻断二极管B，用于太阳能电池A单向输出电能；
一锂陶瓷电池C，用于存储和输出电能；
一直流转换器D，用于直流电压的转换；
一电流开关E，用于导通或截至直流输出；
一超级电容G，用于存储电能并直接对负载H供电；
一微处理器J，用于控制电流开关E的导通时间和截至时间；
所述太阳能电池A通过反向阻断二极管B连接锂陶瓷电池C，锂陶瓷电池C依次通过直流转换器D、电流开关E连接超级电容G，微处理器J连接电流开关E。
通过电流开关E的导通和截至，无线感测网路每一小时只会有6分钟是开通状态(每当逢1/11/21/31/41/51分钟时，打开电源1分钟)，假设负荷是3.3V33ma＝100mw(0.1瓦特)。
每10分钟的间隔，将采集到的能源发配到超级电容器一次，(解决了超级电容器的最大的缺点：能量泄漏，在电源装置是可以忽略不计的，因为平常超级电容不储存能源)。充电超级电容器需要15秒，感测网路使用剩下的45秒来传输传感器的数据。微处理器控制开启或关闭电源开关，在2.7V-开启和2V-关闭电位之间做能源管理和调度任务。
10W的太阳能电池A，假设最差冬天日照至少每天1小时，即可单向储能(通过反向阻断二极管B)10瓦小时/天，将10WH锂陶瓷电池C充电，并且经由直流转换器D，电流开关E及10F超级电容G到负载端H。电源配派使用微处理器J，负责依需求作智能电力调度。
假设无线感测网路等于100欧姆的电阻负载，本电源装置储存的能量可以连续使用100小时(即如果不断使用可达7天)。而我们才每天使用2小时(每一小时只会有6分钟是开工状态，6*24＝124分钟＝2小时)，应可使用1000小时(41天)。
假设最坏的例子为50％能量转换和传递损耗，这意味着我们在阴天也可以连续使用本电源装置的能量，至少达二十多天之久。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置，其特征在于，包括：
一太阳能电池，用于收集太阳能和输出电能；
一反向阻断二极管，用于太阳能电池单向输出电能；
一锂陶瓷电池，用于存储和输出电能；
一直流转换器，用于直流电压的转换；
一电流开关，用于导通或截至直流输出；
一超级电容，用于存储电能并直接对负载供电；
一微处理器，用于控制电流开关的导通时间和截至时间；
所述太阳能电池通过反向阻断二极管连接锂陶瓷电池，锂陶瓷电池依次通过直流转换器、电流开关连接超级电容，微处理器连接电流开关。
2.根据权利要求1所述的低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置，其特征在于，所述太阳能电池为10W的太阳能电池。
3.根据权利要求2所述的低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置，其特征在于，所述锂陶瓷电池为11.1V的锂陶瓷电池。
4.根据权利要求3所述的低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置，其特征在于，所述直流转换器为11V转3V的直流转换器。
5.根据权利要求4所述的低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置，其特征在于，所述电流开关为MOS管电流开关。
6.根据权利要求5所述的低功率能源采集及智能电源派发的户外电源装置，其特征在于，所述超级电容为10F的超级电容。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US10340700B2 (en) 2016-07-29 2019-07-02 Analog Devices Global Power regulation system for energy harvesters

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