CN218243083U - 毫瓦级能量收集供电模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了毫瓦级能量收集供电模块，包括电池模块、光能收集模块、振动能收集模块和热电能收集模块，光能收集模块、振动能收集模块和热电能收集模块之间通过标准接口互相串联，光能收集模块、振动能收集模块或热电能收集模块与电池模块的输入端电连接。本实用新型的设计，对于环境中的光、振动和热产生的能量进行收集，收集后的能量可以用于对电池模块进行充能，使电池模块可以持续供电，同时对于工程环境中的产生的多余能量进行了巧妙的收集，节约了能源。

Description

毫瓦级能量收集供电模块

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其是指毫瓦级能量收集供电模块。

背景技术

现有的工程技术领域中，一些负载需要直流小电流进行供电，故不能直接使用工程中的高压交流电作为电源，尤其是工程中需要大量传感器对工程的运行状态、参数等进行测定，而对传感器提供电源往往是直接通过电池等进行供电，在传感器运行过程中需要进行频繁的更换电池的操作，而且一旦电池电能不足也会影响传感器的效果，使用上较为不便。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中工程技术领域对于一些需要直流小电流进行供电的负载使用上较为不便，不可以长期稳定运行的缺陷，提供一种毫瓦级能量收集供电模块。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现：

毫瓦级能量收集供电模块，包括电池模块、光能收集模块、振动能收集模块和热电能收集模块，光能收集模块、振动能收集模块和热电能收集模块之间通过标准接口互相串联，光能收集模块、振动能收集模块或热电能收集模块与电池模块的输入端电连接。

光能收集模块设置在光照充足的环境，振动能收集模块适用于有高振的设备或环境，如电机、发动机、传动机构等等，热电能手机模块适用于有高温产生的设备和环境，如发电机、发动机、电动机等等。本方案的设计，对于环境中的光、振动和热产生的能量进行收集，收集后的能量可以用于对电池模块进行充能，使电池模块可以持续供电，同时对于工程环境中的产生的多余能量进行了巧妙的收集，节约了能源。标准接口的设计使电池模块、光能收集模块、振动能收集模块之间可以串联，对电池模块进行协同充能，解决了单个模块供电不足的问题。

作为优选，所述的电池模块还设有输出端，输出端为标准接口且输出端与负载电连接。

作为优选，所述的光能收集模块和电池模块一体化成型，光能收集模块和电池模块卡接，光能收集模块的导电金属片与电池模块的导电金属片通过卡接后互相接触。一体化的设计便于放置，节约了空间。

作为优选，所述的光能收集模块包括太阳能电池、电压转换电路和接口电路，太阳能电池和电压转换电路电连接，电压转换电路和输出接口电路电连接。

作为优选，所述的振动能收集模块包括压电陶瓷、阻抗变换电路、交直流转换电路、电压转换电路和输出接口电路，压电陶瓷与阻抗变换电路电连接，阻抗变换电路与交直流转换电路电连接，交直流转换电路与电压转换电路电连接，电压转换电路与输出接口电路电连接。

作为优选，所述的热电能收集模块包括半导体热发电器件、电压转换电路和输出接口电路，半导体热发电器件和电压转换电路电连接，电压转换电路和输出接口电路电连接。

作为优选，所述的电池模块包括输入接口电路、电池充电电路、锂电池、升压电路和电源输出电路，输入接口电路与一个输出接口电路电连接，输入接口电路还与电池充电电路电连接，电池充电电路与锂电池电连接，锂电池与升压电路电连接，升压电路与电源输出电路电连接。

作为优选，所述的负载为传感器，传感器与电源输出电路电连接。

本实用新型的有益效果是：毫瓦级能量收集供电模块对于环境中的光、振动和热产生的能量进行收集，收集后的能量可以用于对电池模块进行充能，使电池模块可以持续供电，同时对于工程环境中的产生的多余能量进行了巧妙的收集，节约了能源。标准接口的设计使电池模块、光能收集模块、振动能收集模块之间可以串联，对电池模块进行协同充能，解决了单个模块供电不足的问题。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是本实用新型光能收集模块电路示意图；

图3是本实用新型振动能收集模块电路示意图；

图4是本实用新型热电能收集模块电路示意图；

图5是本实用新型电池模块电路示意图。

其中：1、电池模块，2、光能收集模块，3、振动能收集模块，4、热电能收集模块，5、负载。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步描述。

实施例：

一种毫瓦级能量收集供电模块，如图1所示，包括电池模块1、光能收集模块2、振动能收集模块3和热电能收集模块4，光能收集模块、振动能收集模块和热电能收集模块之间通过标准接口互相串联，光能收集模块与电池模块的输入端电连接，输出端为标准接口且输出端与负载电连接，光能收集模块和电池模块一体化成型，光能收集模块和电池模块卡接，光能收集模块的导电金属片与电池模块的导电金属片通过卡接后互相接触。所述的负载为传感器，传感器与电源输出电路电连接。

光能收集模块设置在光照充足的环境，振动能收集模块适用于有高振的设备或环境，如电机、发动机、传动机构等等，热电能手机模块适用于有高温产生的设备和环境，如发电机、发动机、电动机等等。本方案的设计，对于环境中的光、振动和热产生的能量进行收集，收集后的能量可以用于对电池模块进行充能，使电池模块可以持续供电，同时对于工程环境中的产生的多余能量进行了巧妙的收集，节约了能源。标准接口的设计使电池模块、光能收集模块、振动能收集模块之间可以串联，对电池模块进行协同充能，解决了单个模块供电不足的问题。

本实施例对于毫瓦级能量收集供电模块的性能要求为对单发电模块要求需要能提供平均大于5mW的发电能力。模块要能适应工业高热、低温、潮湿和高电磁干扰等工业应用环境。产品要求适用于高危化工、石油等安全防爆要求。模块使用寿命要求能超过10年以上。

所述的光能收集模块如图2所示，包括太阳能电池、电压转换电路和接口电路，太阳能电池和电压转换电路电连接，电压转换电路和输出接口电路电连接。

在有环境光的条件下，太阳能电池产生电压电流，后由微瓦级DC-DC电压转换电路，把不稳地的电池电压转换成稳定的电压，通过接口电路与电池模块相连，提供给电池模块的充电能量。因考虑太阳能片在可能会工作在较弱的环境光下，电压转换电路必须为微瓦级转换电路，有较高转换效率。

所述的振动能收集模块如图3所示，包括压电陶瓷、阻抗变换电路、交直流转换电路、电压转换电路和输出接口电路，压电陶瓷与阻抗变换电路电连接，阻抗变换电路与交直流转换电路电连接，交直流转换电路与电压转换电路电连接，电压转换电路与输出接口电路电连接。工业环境中机械振动由机械接口传递给压电陶瓷发电器件后，会产生微弱的交流电压，其阻抗较大，经由阻抗变换变压器转换成低阻抗的电流电压，后经交直流转换电路的桥式整流电路，把交流电压转换成直流电压。微瓦级DC-DC电路把不稳定的直流电压转换成标准的直流电压，供给能量存储模块。

振动能量收集采用高效压电陶瓷片具有将机械能转化为电能的性能，当其受外力作用时，其极化强度随之而变,导致表面吸附的自由电荷随之变化，从而产生电流，后通过微电流收集电路对压电陶瓷片产生的电流进行收集存储，并对传感器供电。

所述的热电能收集模块如图4所示，包括半导体热发电器件、电压转换电路和输出接口电路，半导体热发电器件和电压转换电路电连接，电压转换电路和输出接口电路电连接。当半导体热发电器件存在温度差时，热发电器件产生毫瓦级电流电压经由电压转换电路中的微瓦级DC-DC电路，转换成标准电压提供给锂电池能量存储模块。

热电能量收集采用半导体Seebeck效应将热能直接转换成电能的一种新能源技术，具有结构紧凑、无运动部件、性能可靠、免维护、工作时无噪音、低碳环保等特点，广泛应用于空间、军事、工业、汽车、新能源、民用家电等领域，在即将到来的物联网时代，小巧、高效、免维护、长寿命的温差发电系统，将有望为许多传感器、通讯设备提供电源。

温差发电芯片采用独特的材料技术，根据不同的应用条件选择最优的材料性能参数，从而达到最大的热-电转化效率。采用独特的封装工艺，芯片的最高使用温度达到250℃，且能长期稳定工作。采用独特的红胶密封工艺，提高芯片在苛刻的环境条件下的使用寿命。

温差发电芯片(TEG)，也称温差发电电池。当温差发电芯片两面存在温差时，p、n型半导体电偶臂同时驱动空穴和电子移动，输出端会产生电势差，形成闭合回路时，就会有持续的直流电流输出。

与半导体制冷芯片所用材料不同，采用发电专用热电材料，转换效率更高，输出功率更大，独特的应力释放结构设计，可满足250℃服役环境，服役寿命超过10年。

模块工作时安装在发热设备表面，温差发电芯片(TEG)通过模块的散热器和设备表面的温差进行热电转化，从而进行能量收集。

所述的电池模块如图5所示，包括输入接口电路、电池充电电路、锂电池、升压电路和电源输出电路，输入接口电路与一个输出接口电路电连接，输入接口电路还与电池充电电路电连接，电池充电电路与锂电池电连接，锂电池与升压电路电连接，升压电路与电源输出电路电连接。

电池模块采用安全防爆锂电池，锂电池具有能量密度大，体积小，循环使用次数多等优点，适合无线传感器的长期使用。内置微瓦级电能收集电路，对内置锂电池进行充电，采用多输入形式，可对热电能量收集模块和光电能量收集模块产生的微弱电流进行能量收集，并对锂电池电压进行升压稳压到12V传感器兼容电压，提供给传感器电源。

电池模块由输入接口接入热能、光能、振动能或直接电源，然后通过具有电池管理功能的电池充电电路，给模块锂电池进行充电。后由电压转换电路升压转换为传感器兼容的电压，通过电源输出接口给各类无线传感器提供稳定的电源。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.毫瓦级能量收集供电模块，其特征是，包括电池模块、光能收集模块、振动能收集模块和热电能收集模块，光能收集模块、振动能收集模块和热电能收集模块之间通过标准接口互相串联，光能收集模块、振动能收集模块或热电能收集模块与电池模块的输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的毫瓦级能量收集供电模块，其特征是，所述的电池模块还设有输出端，输出端为标准接口且输出端与负载电连接。

3.根据权利要求2所述的毫瓦级能量收集供电模块，其特征是，所述的光能收集模块和电池模块一体化成型，光能收集模块和电池模块卡接，光能收集模块的导电金属片与电池模块的导电金属片通过卡接后互相接触。

4.根据权利要求2所述的毫瓦级能量收集供电模块，其特征是，所述的光能收集模块包括太阳能电池、电压转换电路和接口电路，太阳能电池和电压转换电路电连接，电压转换电路和输出接口电路电连接。

5.根据权利要求4所述的毫瓦级能量收集供电模块，其特征是，所述的振动能收集模块包括压电陶瓷、阻抗变换电路、交直流转换电路、电压转换电路和输出接口电路，压电陶瓷与阻抗变换电路电连接，阻抗变换电路与交直流转换电路电连接，交直流转换电路与电压转换电路电连接，电压转换电路与输出接口电路电连接。

6.根据权利要求5所述的毫瓦级能量收集供电模块，其特征是，所述的热电能收集模块包括半导体热发电器件、电压转换电路和输出接口电路，半导体热发电器件和电压转换电路电连接，电压转换电路和输出接口电路电连接。

7.根据权利要求4或5或6所述的毫瓦级能量收集供电模块，其特征是，所述的电池模块包括输入接口电路、电池充电电路、锂电池、升压电路和电源输出电路，输入接口电路与一个输出接口电路电连接，输入接口电路还与电池充电电路电连接，电池充电电路与锂电池电连接，锂电池与升压电路电连接，升压电路与电源输出电路电连接。

8.根据权利要求7所述的毫瓦级能量收集供电模块，其特征是，所述的负载为传感器，传感器与电源输出电路电连接。

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