CN204347495U - 能量采集设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能量采集设备，属于能量采集技术领域。该能量采集设备包括采集器、储能器和供电器，采集器的输出端与储能器的输入端连接，储能器的输出端与供电器的输入端连接；该采集器包括并联连接的多个支路，每个支路上包括能量采集单元和电压调整单元，每个能量采集单元的输出端与对应的电压调整单元的输入端连接，每个电压调整单元的输出端均连接至该采集单元的输出端。本实用新型通过采用多个能量采集单元获取电能，可以得到更大的累加电能，且将采集到的电能保存在储能器中，可以进一步积累电能，提高供电量和供电效率，并提高电压稳定性，使得最终输出的电能足够为工作电压较大的设备进行供电，扩大了应用范围，灵活性强。

Description

能量采集设备

技术领域

本实用新型涉及能量采集技术领域，特别涉及一种能量采集设备。

背景技术

能量采集技术是指把大自然中的动能、光能、电磁能、热能等微量能源收集起来转化成电能的技术，转化成的电能可以用于为设备进行供电，则该设备无需配置电池，节省了能源，降低了成本。

以振动发电机为手环进行供电为例，在手环中配置振动发电机，在手环运动的过程中，振动发电机将动能转化为电能，为手环进行供电，保证手环的正常运行。

在实现本实用新型的过程中，实用新型人发现现有技术至少存在以下问题：

采用能量采集技术所收集到的电能很少，只能为工作电压较小的微型设备进行供电，如遥控器、手环等。而对于手机、计算机等工作电压较大的移动设备来说，采用能量采集技术所收集到的电能达不到移动设备的最低工作电压，不能够为移动设备进行供电，应用范围狭窄，局限性强。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种能量采集设备。所述技术方案如下：

提供了一种能量采集设备，所述能量采集设备包括采集器、储能器和供电器，所述采集器的输出端与所述储能器的输入端连接，所述储能器的输出端与所述供电器的输入端连接；

其中，所述采集器包括并联连接的多个支路，每个支路上包括能量采集单元和电压调整单元，每个能量采集单元的输出端与对应的电压调整单元的输入端连接，每个电压调整单元的输出端均连接至所述采集器的输出端。

可选地，所述多个能量采集单元包括光能采集单元、温差采集单元、压力采集单元、振动采集单元和电磁能采集单元这五种类型中的至少一种。

可选地，所述储能器包括多个储能电容，所述多个储能电容并联连接。

可选地，每个储能电容的容量为50uF/10V-300uF/10V。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例提供的能量采集设备，通过采用多个能量采集单元获取电能，可以得到更大的累加电能，提高了供电量和供电效率，且将采集到的电能保存在储能器中，可以进一步积累电能，提高供电量，并提高电压稳定性，使得最终输出的电能足够为工作电压较大的设备进行供电，扩大了应用范围，灵活性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的一种能量采集设备的结构示意图；

图2A是本实用新型实施例提供的一种采集器的结构示意图；

图2B是本发明实施例提供的压力采集单元的电压调整单元的电路示意图；

图2C是本发明实施例提供的振动采集单元的电压调整单元的电路示意图；

图2D是本发明实施例提供的光能采集单元的电压调整单元的电路示意图；

图2E是本发明实施例提供的温差采集单元的电压调整单元的电路示意图；

图3是本发明实施例提供的储能器的电路示意图；

图4是本发明实施例提供的供电器的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型实施例提供的一种能量采集设备的结构示意图，参见图1，该能量采集设备包括采集器101、储能器102和供电器103，该采集器101的输出端与该储能器102的输入端连接，该储能器102的输出端与该供电器103的输入端连接。

参见图2A，该采集器101包括并联连接的多个支路，每个支路上包括能量采集单元1011和电压调整单元1012，每个能量采集单元1011的输出端与对应的电压调整单元1012的输入端连接，每个电压调整单元1012的输出端均连接至该采集器101的输出端。

在本实用新型实施例中，该能量采集设备包括多个能量采集单元1011，每个能量采集单元1011用于将获取到的大自然能量转化为电能。该多个能量采集单元1011可以包括光能采集单元、温差采集单元、压力采集单元、振动采集单元和电磁能采集单元这五种类型中的至少一种。其中，该光能采集单元用于将获取到的光能转化为电能，该温差采集单元用于将检测到的温差转化为电能，该压力采集单元用于将检测到的压力转化为电能，该振动采集单元用于将振动产生的动能转化为电能，该电磁能采集单元用于将获取到的电磁能转化为电能。当然，该多个能量采集单元1011中还可以包括其他类型的能量采集单元，如热能采集单元等，本实用新型实施例对此不做限定。

该多个能量采集单元1011中任两个能量采集单元1011可以为相同类型，也可以为不同类型，本实用新型实施例对此不做限定。优选地，该多个能量采集单元1011中的任两个能量采集单元1011均为不同类型，则该能量采集设备可以通过该多个不同类型的能量采集单元1011，同时将不同类型的能量均转化为电能，提高了获取电能的效率，从而提高了供电效率。

在应用过程中，每个能量采集单元1011用于获取电能，则该能量采集设备可以获取到多路电能。其中，该多个能量采集单元1011的数目可以由该能量采集设备在出厂时设定，本实用新型实施例对此不做限定。

而在实际应用时，如果能量采集单元1011的数目较小，则该能量采集设备获取到的电能较少，如果能量采集单元1011的数目较大，则该能量采集设备的体积较大，成本较高，因此，该能量采集设备可以根据需求确定能量采集单元1011的数目。优选地，该多个能量采集单元1011的数目为3个或者4个。

对于不同类型的能量采集单元1011来说，其获取到的电能的电压不同，甚至差异很大。为了便于后续储能器102储存电能，该能量采集设备要对每路电能的电压进行调整，使得调整后每路电能的电压都能够储存在该储能器102中。在本实用新型实施例中，电压调整单元1012用于预先确定预设电压范围，根据该预设电压范围，对能量采集单元1011获取到的电能的电压进行调整，使得调整后的电压均在该预设电压范围内。其中，该预设电压范围可以根据该储能器102中储能电容的容量和数目确定，本发明实施例对此不做限定。优选地，该预设电压范围为1.7V-5V。

每个能量采集单元1011的输出端与对应的电压调整单元1012的输入端连接，形成一条支路，且每个能量采集单元1011所在的支路与其他能量采集单元1011所在的支路并联连接，则该能量采集设备能够并行地获取多路电能，并且能够并行地对每路电能的电压进行调整。无需依次对每路电能的电压进行调整，提高了获取电能的效率，从而提高了供电效率。

具体地，对于每种类型的能量采集单元1011，对应的电压调整单元1012用 于执行以下步骤中的任一项：

(1)根据第一预设参数，对通过该光能采集单元获取到的电能的电压进行调整。

当该电压调整单元1012与光能采集单元1011连接时，该电压调整单元1012可以预先根据该光能采集单元1011获取到的电能的电压以及该预设电压范围，确定第一预设参数，该第一预设参数用于将该光能采集单元1011获取到的电能的电压调整至该预设电压范围，则每当该光能采集单元1011获取到电能时，该电压调整单元1012即可根据该第一预设参数，对获取到的电能的电压进行调整。

(2)根据第二预设参数，对通过该温差采集单元获取到的电能的电压进行调整。

当该电压调整单元1012与温差采集单元1011连接时，该电压调整单元1012可以预先根据该温差采集单元1011获取到的电能的电压以及该预设电压范围，确定第二预设参数，该第二预设参数用于将该温差采集单元1011获取到的电能的电压调整至该预设电压范围，则每当该温差采集单元1011获取到电能时，该电压调整单元1012即可根据该第二预设参数，对获取到的电能的电压进行调整。

(3)根据第三预设参数，对通过该压力采集单元获取到的电能的电压进行调整。

当该电压调整单元1012与压力采集单元1011连接时，该电压调整单元1012可以预先根据该压力采集单元1011获取到的电能的电压以及该预设电压范围，确定第三预设参数，该第三预设参数用于将该压力采集单元1011获取到的电能的电压调整至该预设电压范围，则每当该压力采集单元1011获取到电能时，该电压调整单元1012即可根据该第三预设参数，对获取到的电能的电压进行调整。

(4)根据第四预设参数，对通过该振动采集单元获取到的电能的电压进行调整。

当该电压调整单元1012与振动采集单元1011连接时，该电压调整单元1012可以预先根据该振动采集单元1011获取到的电能的电压以及该预设电压范围， 确定第四预设参数，该第四预设参数用于将该振动采集单元1011获取到的电能的电压调整至该预设电压范围，则每当该振动采集单元1011获取到电能时，该电压调整单元1012即可根据该第四预设参数，对获取到的电能的电压进行调整。

(5)根据第五预设参数，对通过该电磁能采集单元获取到的电能的电压进行调整。

当该电压调整单元1012与电磁能采集单元1011连接时，该电压调整单元1012可以预先根据该电磁能采集单元1011获取到的电能的电压以及该预设电压范围，确定该第五预设参数，该第五预设参数用于将该电磁能采集单元1011获取到的电磁能的电压调整至该预设电压范围，则每当该电磁能采集单元1011获取到电能时，该电压调整单元1012即可根据该第五预设参数，对获取到的电能的电压进行调整。

在本实用新型实施例中，该储能器102中包括多个储能电容，该多个储能电容用于保存电能。每个电压调整单元1012的输出端均连接至该采集器101的输出端，该采集器101的输出端与该储能器102的输入端连接，则当该多个电压调整单元1012输出调整后的电能时，该储能器102可以获取到调整后的多路电能，将该多路电能的累加电能保存在多个储能电容中。可选地，该多个储能电容并联连接，该储能器102可以将获取到的累加电能分别保存在该并联连接的多个储能电容中。

在实际应用中，每个能量采集单元1011所获取到的电能很少，不能直接为设备进行供电，则为了增大电能，该储能器102获取到该多路电能的累加电能，该累加电能要大于每个能量采集单元所获取到的电能。进一步地，当该储能器102获取到该累加电能时，将该累加电能保存在该多个储能电容中。那么，随着时间的不断推移，该多个能量采集单元1011可以持续地获取电能，则该储能器102可以持续地将得到的累加电能保存在该多个储能电容中，使得该多个储能电容中保存的电能越来越多，进一步增大了电能，且提高了电压稳定性，使得最终保存的电能足够为设备进行供电。

其中，对于每个储能电容来说，储能电容的容量过大时，体积较大，成本较高，而储能电容的容量过小时，所储存的电能较小，且漏电流较大，则该能量采集设备可以根据需求预先确定该多个储能电容的容量和数目，具体可以根据该能量采集单元获取到的电能以及待充电设备的工作电压确定，本发明实施例对此不做限定。可选地，每个储能电容的容量为50uF/10V-300uF/10V，其中优选地，每个储能电容的容量为100uF/10V，以降低储能电容的漏电流，提高供电效率。

该供电器103用于为连接的设备进行供电。该供电器103可以提供端口，通过该端口，与手机、计算机、平板电脑等设备连接，当该供电器103检测到与该设备连接时，通过该端口，输出该多个储能电容中保存的电能，以为该设备进行供电。另外，该供电器103所连接的设备还可以为与该能量采集设备一体化的设备，也即是，在该设备中内置该能量采集设备，将该能量采集设备作为该设备的内置电源，为该设备供电。

本实用新型实施例提供的能量采集设备，通过利用多个能量采集单元，获取多路电能，将该多路电能进行累加，可以得到更大的累加电能，提高了供电量和供电效率，且将采集到的电能保存在储能器中，可以进一步积累电能，提高供电量，并提高电压稳定性，使得最终输出的电能足够为工作电压较大的设备进行供电，扩大了应用范围，灵活性强。

图2B-图2E是本发明实施例提供的能量采集单元所对应的电压调整单元的电路示意图，其中，图2B是本发明实施例提供的压力采集单元的电压调整单元的电路示意图，图2C是本发明实施例提供的振动采集单元的电压调整单元的电路示意图，图2D是本发明实施例提供的光能采集单元的电压调整单元的电路示意图，图2E是本发明实施例提供的温差采集单元的电压调整单元的电路示意图。该能量采集设备可以基于图2B-图2E所示的电路，构建不同类型的能量采集单元所对应的电压调整单元。图3是本发明实施例提供的储能器的电路示意图，该能量采集设备可以基于图3所示的电路，构建该储能器102。图4是本发明实 施例提供的供电器的电路示意，该能量采集设备可以基于图4所示的电路图，构建该供电器。

需要说明的是，本发明实施例仅以图2B-图2E、图3和图4中的电路为例进行说明，而在实际应用中，还可以采用其他的电路，构建各个电压调整单元、储能器以及供电器，本发明实施例对每个电压调整单元、储能器和供电器的电路中的元件、每个元件的参数、每个元件的连接关系均不做限定。

参见图2B-图2E、图3和图4，GND为接地线，PZ1为压电发电片输入端，PZ2为振动发电机输入端，SOLAR为太阳能板输入端，TEG1-TEG3为温差发电片输入端，C1-C50为电容，D1-D6为二极管，D7-D9为肖特基二极管，D10为发光二极管，L3-L6为电感，R1-R25为电阻，T1-T3为变压器，BATT为电源，JUMPER为开关，TP1-TP17为测试点。

参见图2B，LTC3588EMSE-1为压电式能量收集芯片，其中，PZ1-PZ2为压电发电片输入引脚，CAP为电容耦合引脚，Vin为整流输出引脚，SW为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)输出引脚，Vout为电压输出引脚，Vin2为芯片工作电源引脚，D0为输出电压选择引脚，D1为输出电压选择引脚，PGOOD为电源输出良好引脚。在压力采集模块的电压调整模块中，将该压力采集模块获取到的电能输入至该压电式能量收集芯片中，通过该压电式能量收集芯片，对获取到的电能的电压进行调整，输出调整电压后的电能。

参见图2C，在振动采集模块的电压调整模块中，将该振动采集模块获取到的电能，通过该肖特基二极管(D7和D8)输送至电容C19，利用电容C19的稳压作用，输出调整电压后的电能。

参见图2D，在光能采集模块的电压调整模块中，利用电容C33的稳压作用，对该光能采集模块获取到的电能进行调整，输出调整电压后的电能。

参见图2E，LTC3108EGN为升压稳压器，其中，VAUX为芯片工作电源引脚，VSTORE为储能引脚，Vout为电压输出引脚，Vout2为备用电源输出引脚，VLDO为小功率电源输出引脚，PGD为电源输出良好引脚，VS1为输出电压选 择引脚，VS2为输出电压选择引脚，Vout2_en为备用电源输出使能引脚，C1为电源输入引脚，C2为电源输入引脚，SW为PWM输出引脚。在温差采集模块的电压调整模块中，将该压力采集模块获取到的电能输入至该升压稳压器中，通过该升压稳压器，对获取到的电能的电压进行调整，输出调整电压后的电能。

参见图3，该储能模块的输入端与每个电压调整模块的输出端连接，可以获取到多路电能，并利用多个储能电容，保存该多路电能的累加电能。

参见图4，LTC2935CTS8-3为多电压监控器，其中，VCC为电源引脚，MR为手动复位引脚，RST为复位输出引脚，PFO为电源失效引脚。LTC3105EMS为升压型电压转换器，其中，FB为电源反馈引脚，LDO为小功率电源输出引脚，FBLDO为小功率电源反馈引脚，SHDN为芯片使能引脚，MPPC为功率控制引脚，Vin为电源输入引脚，SW为PWM输出引脚，PGOOD为电源输出良好引脚，Vout为电压输出引脚，AUX为芯片工作电源引脚。该供电模块的输入端与该储能模块的输出端连接，当该供电模块连接设备时，该供电模块从该储能模块获取保存的累加电能，通过该升压型电压转换器，将该累加电能转换为该设备可用的电能，输出至该设备，为该设备进行供电。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种能量采集设备，其特征在于，所述能量采集设备包括采集器、储能器和供电器，所述采集器的输出端与所述储能器的输入端连接，所述储能器的输出端与所述供电器的输入端连接；

其中，所述采集器包括并联连接的多个支路，每个支路上包括能量采集单元和电压调整单元，每个能量采集单元的输出端与对应的电压调整单元的输入端连接，每个电压调整单元的输出端均连接至所述采集器的输出端。

2.根据权利要求1所述的能量采集设备，其特征在于，所述多个能量采集单元包括光能采集单元、温差采集单元、压力采集单元、振动采集单元和电磁能采集单元这五种类型中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的能量采集设备，其特征在于，所述储能器包括多个储能电容，所述多个储能电容并联连接。

4.根据权利要求3所述的能量采集设备，其特征在于，每个储能电容的容量为50uF/10V-300uF/10V。