ITPE20130009A1 - Sistema di produzione - accumulo di energia - Google Patents

Description

SISTEMA DI PRODUZIONE-ACCUMULO DI ENERGIA

RIASSUNTO

1, 'invenzione consiste in un dispositivo che consente ad ogni singolo individuo di produrre l’energia che serve al suo fabbisogno tramite le azioni che compie nella quotidianità, di immagazzinarla e di scambiarla. La fase di produzione è affidata a sensori piezoelettrici, che consentono l’energy harvesting. L’energia prodotta viene accumulata all’interno di una barretta energetica che consente di immagazzinare l’energia e di utilizzarla quando necessario. Le barrette energetiche possono essere posizionate in serie e in parallelo all’interno di un case dotato di uscita universale, tale da garantirne il collegamento con la maggioranza dei dispositivi elettronici presentì sul mercato attuale.

DKSCRJZIONK

L’invenzione consiste in un dispositivo che consente ad ogni singolo individuo di produrre l’energia che serve al suo fabbisogno tramite le azioni che compie nella quotidianità, di immagazzinarla c di scambiarla. 1 /innovazione consiste nel trasformare l’individuo da semplice consumatore a produttore-consumatore, favorendo lo scambio di energia. Trattasi di un problema tecnico non ancora risolto. Difatti, la tradizionale filiera dell’energia non c attuabile dal singolo individuo, che viene coinvolto solo come mero utilizzatore dell’energia. Inoltre i sistemi di produzione dell’energia elettrica che esulano dalla filiera tradizionale hanno numerosi limid. Alcuni sistemi hanno il limite di essere fortemente condizionati dalle condizioni climatiche c metereologichc del luogo (captazione radiazione solare, sfruttamento energia colica etc.). Altri sistemi presentano il limite di non poter produrre energia durante lo svolgimento delle azioni quotidiane e di necessitare di una specifica attività e conseguentemente tempo di impiego per produrre l’energia elettrica, oltre che il limite di poter accumulare una quantità limitata di energia, come ad esempio è noto da US 2001/035723 oppure US 2005/258717, che deve essere utilizzata prima di poter nuovamente immagazzinare la nuova energia prodotta, a causa della coincidenza tra l’elemento di produzione e quello di accumulo nello stesso sistema.

] JÌ fasi della filiera dell’energia consistono nella produzione, nella trasmissione, nella distribuzione e ncll’u ti lizzo. Tali fasi grazie a questo sistema innovativo potranno essere attuate tramite specifiche modalità ed elementi tecnologici da ogni singolo individuo. La fase di produzione è affidata a sensori piezoelettrici, che consentono l’energy harvesting. 1 materiali piezoelettrici, infatti, hanno la caratteristica di produrre una differenza di potenziale in seguito alla compressione, che può essere sfruttata innumerevoli volte quando sono presenti vibrazioni o forze meccaniche nelle nostre azioni. 1 sensori piezoelettrici collegati elettricamente in serie ed in parallelo sono inseriti all’interno di una membrana deformabile in materiale idrorepellente cd elettricamente isolante (ad esempio di tipo siliconico) in grado di garantire la protezione da agenti chimici esterni, che ne potrebbero degradare velocemente le prestazioni. 11 numero dei sensori piezoelettrici varia in funzione dell’utilizzo (posizionamento all’interno di una suoletta per scarpe, posizionamento all’interno della miscela delle gomme di autovetture, ciclomotori o biciclette, posizionamento sui pedali della bicicletta, posizionamento sotto la tastiera di un computer, etc.). Si prevede, dunque, l’utilizzo di sensori piezoelettrici il cui principio di funzionamento c basato sull’applicazione di una forza o di una vibrazione che produce tensione in uscita. Il circuito equivalente c quello di un generatore di tensione sinusoidale la cui frequenza c proporzionale alla frequenza della sollecitazione meccanica e l’ampiezza è proporzionale sia alla superficie del dielettrico che all’intensità della sollecitazione meccanica.

1 /energia prodotta viene accumulata all’interno di una barretta energetica, che consente di immagazzinare l’energia e di utilizzarla quando necessario. La barretta energetica c costituita da un involucro in materiale plastico al cui interno sono posizionati due circuiti integrati, una batteria che ha la funzione di accumulo c un’uscita universale (l'ig.l Schema a blocchi della barretta energetica). Un circuito integrato svolge sia la funzione di raddrizzare la forma d’onda che arriva dal “piezo generatore” attraverso un collegamento elettrico appositamente progettato per la condizione di massimo trasferimento di potenza, sia la funzione di convertire la tensione riduccndola ad un valore utilizzabile senza sprechi, come avverrebbe usando un partitore di tensione che dissiperebbe l’energia in eccesso sotto forma di calore. L’altro circuito integrato svolge la funzione di carica batteria utilizzando una corrente a disposizione molto bassa.

Grazie a questi sistemi di accumulo la fase di trasporto dell’energia viene demandata agli spostamenti che l’individuo compie nella sua quotidianità. L’impatto ambientale di tale modalità di trasporto è dunque pressoché nullo, db’ersamente da quanto avviene con la tradizionale filiera dell’energia, che ha un elevato impatto ambientale e paesaggistico a causa delle linee elettriche aeree e interrate.

La trasportabilità delle barrette energetiche, grazie alle dimensioni ridotte, trasforma l’individuo in un veicolo di distribuzione e condivisione dell’energia.

Le barrette energetiche ricaricate grazie alle forze meccaniche presenti nelle azioni quotidiane possono essere direttamente utilizzate per rendere disponibile l’energia in esse accumulata oppure, a differenza di US 2001/035723 oppure US 2005/258717. possono essere posizionate in serie e in parallelo all’interno di un case dotato di uscita universale, tale da garantirne il collegamento con la maggioranza dei dispositivi elettronici presenti sul mercato attuale.

Il sistema, dunque, consente la produzione a costo zero e autonoma di una quota parte dell’energia che viene giornalmente utilizzata durante le azioni che verrebbero ugualmente svolte durante la giornata (camminare, andare in bicicletta o con i pattini, scrivere a computer etc.). Rappresenta, pertanto, un modo per ottimizzare il tempo e produrre un guadagno aggiuntivo con lo stesso numero di azioni.

Il sistema, separando la fase di produzione da quella di accumulo, consente di scindere il produttore dal beneficiario dell’energia. La barretta energetica, una volta ricaricata, potrà essere utilizzata da chi l’ha prodotta o potrà essere ceduta ad altri, a differenza di US 2001/035723 oppure US 2005/258717. In tal modo l’energia diviene un bene di scambio. L’invenzione viene descritta con maggior dettaglio in una delle sue possibili attuazioni.

Si considera Tapplicazione di sensori piezoelettrici collegati elettricamente in serie ed in parallelo, posizionati all’interno di una soletta per scarpe. Il sensore piezoelettrico è di tipo capacitivo, costituito da materiale polimerico e ha le seguenti caratteristiche tecniche: dimensioni 325 mmq, capacità di 1,5 ± 30 P|F@lKHz.

I sensori sono collegati tramite cavo elettrico appositamente progettato per la condizione di massimo trasferimento di potenza con la barretta energetica (Fig. 2 Vista render della barretta energetica) che è costituita da un involucro in materiale plastico ABS, con indice di protezione IP43 avente dimensioni 1 x 10,5 x 5,7 cm e sistema di estrazione della batteria con sportello a clip (Fig.3 Piano di forma della barretta energetica, Fig. 4 vista frontale con sistema di apertura sportello con fissaggio a clip. Fig.4d sportello aperto, Fig.4e sportello) al cui interno vengono posizionati tramite termo saldatura i seguenti elementi: circuito integrato raddrizzatore e convertitore DC/CD avente le seguenti caratteristiche tecniche: tensione di alimentazione di ingresso 14/20 V, corrente di uscita ≤ 100 mA, tensione di uscita selezionabile 3,45/4,1/4,5/5 V, temperatura di utilizzo -40/+125°C, (Fig.5 Soluzione circuitale); circuito per la gestione della carica della batteria avente le seguenti caratteristiche tecniche: corrente di ingresso 450nA/50mA, tensione di uscita selezionabile 4, 0/4, 1/4, 2 V, circuito di protezione da sovraccarica NTC, temperatura di utilizzo -40/+125 °C (Fig.5 Soluzione circuitale), inserimento a slitta per batteria, uscita gUSB (Fig. 4a alloggiamento uscita pUSB). La batteria al litio ha le seguenti caratteristiche tecniche: temperatura operativa 0/45°C, capacità nominale 550 mAh. (Fig. 4b Alloggiamento batterìa al litio).

Il case (Fig. 6 Vista render) può ospitare n.5 batterie al litio in appositi alloggiamenti, ha le dimensioni di 2,5 x 7,6 x 12,8 cm (Fig. 7 Piano di forma) ed è costituito da un involucro in materiale plastico ABS, che contiene un circuito in grado connettere le 5 batterie in parallelo e rendere disponibile l'energìa in uscita attraverso un connettore pUSB.

I case possono essere multiplati (in serie ed/o in parallelo) tra loro tramite uscita plJSB con il fine di ottenere una maggiore voltaggio o un maggiore potenziale.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1- Sistema di produzione-accumulo di energia caratterizzato dal fatto elle ogni singolo individuo può produrre l’energia che serve al suo fabbisogno tramite le azioni che compie nella quotidianità, può immagazzinarla in barrette energetiche dotate di batterie che possono essere posizionate in serie e in parallelo nel case c può scambiarla. 2- Sistema di produzione-accumulo di energia, come alla rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la fase di produzione è affidata a sensori piezoelettrici collegad elettricamente in serie ed in parallelo attraverso un circuito ad alta efficienza energetica, il cui numero varia in funzione dell’utilizzo (posizionamento all’interno di una suoletta per scarpe, posizionamento all’interno della miscela delle gomme di autovetture, ciclomotori o biciclette, posizionamento sui pedali della bicicletta, posizionamento sotto la tastiera di un computer, eie.), inseriti all’interno di una membrana deformabile in materiale idrorepellente ed elettricamente isolante. 3- Sistema di produzione-accumulo di energia, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la fase di produzione è separata da quella di accumulo e che, pertanto, consente di scindere il produttore dal beneficiario dell’energia, il collegamento tra produzione e accumulo avviene tramite un’uscita universale, trattasi conseguentemente di un collegamento reversibile. 4- Sistema di produzione-accumulo di energia, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’energia prodotta dai sensori piezoelettrici viene accumulata all’interno di una barretta energetica costituita da un involucro in materiale plastico al cui interno sono posizionati due circuiti integrati, una batteria che ha la funzione di accumulo e un’uscita universale (J<T>ig.1 Schema a blocchi della barretta energetica). 5- Sistema di produzione-accumulo di energia, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i circuiti integrati presenti all’interno della barretta energetica svolgono funzioni differenti. Un circuito integrato svolge sia la funzione di raddrizzare la forma d’onda che arriva dal “piezo generatore”, sia la funzione di convertire la tensione riduccndola ad un valore utilizzabile senza sprechi, come avverrebbe usando un partitore di tensione che dissiperebbe l’energia in eccesso sotto forma di calore. L’altro circuito integrato svolge la funzione di carica batteria utilizzando una corrente a disposizione molto bassa. 6- Sistema di produzione-accumulo di energia, come alle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le barrette energetiche ricaricate grazie alle forze meccaniche presenti nelle azioni quotidiane, possono essere posizionate in serie e in parallelo all’interno di un case dotato di uscita universale. 7- Sistema di produzione-accumulo di energia, come nelle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che una delle sue possibili attuazioni c costituita dall’applicazione di sensori piezoelettrici all’interno di una soletta per scarpe, che consente l’accumulo di energia all’interno della barretta energetica e la sua multiplazione grazie al case. 8- Sistema di produzione-accumulo di energia, come nelle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto clic in una delle sue possibili attuazioni il sistema di produzione c costituito da sensori piezoelettrici di tipo capacitivo, costituiti da materiale polimerico, collegati tramite cavo elettrico con la barretta energetica.. Ogni sensore ha le seguenti caratteristiche tecniche: dimensioni 325 mmq, capacità di 1,5 ± 30 nF@lKl-Jz. 9- Sistema di produzione-accumulo di energia, come nelle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che in una delle sue possibili attuazioni la barretta energetica (Fig.
2. 2 Vista render della barretta energetica) c composta da un involucro in materiale plastico ABS, con indice di protezione IP43 avente dimensioni 1 x 10,5 x 5,7 cm c sistema di estrazione della batteria con sportello a clip (Fig.
3. 3 Piano di forma della barretta energetica, Fig. 4 vista frontale con sistema di apertura sportello con fissaggio a clip. Fig.4d sportello aperto, Fig.4c sportello) al cui interno vengono posizionati tramite tcrmosaldatura i seguenti clementi: circuito integrato raddrizzatore e convertitore DC/CD avente le seguenti caratteristiche tecniche: tensione di alimentazione di ingresso 14/20 V, corrente di uscita < 100 mA, tensione di uscita selezionabile 3,45/4,1/4,5/5 V, temperatura di utilizzo -40/ 125°C, (Fig.5 Soluzione circuitale); circuito per la gestione della carica della batteria avente le seguenti caratteristiche tecniche: corrente di ingresso 450nA/50mA, tensione di uscita selezionabile 4, 0/4, 1/4, 2 V, circuito di protezione da sovraccarica NTC, temperatura di utilizzo -40/+125 °C (Fig.5 Soluzione circuitale), inserimento a slitta per batteria; uscita gUSB (Fig. 4a alloggiamento uscita pUSB). La batteria al litio ha le seguenti caratteristiche tecniche: temperatura operativa 0/45°C, capacità nominale 550 mAh. (Fig. 4b Alloggiamento batteria al litio). 10- Sistema di produzione-accumulo di energia, come nelle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che in una delle sue possibili attuazioni il case (Fig. 6 Vista render) può ospitare n.5 batterie al litio in appositi alloggiamenti, ha le dimensioni di 2,5 x 7,6 x 12,8 cm (Fig. 7 Piano di forma) ed è costituito da un involucro in materiale plastico ABS, che contiene un circuito in grado connettere le 5 batterie in parallelo e rendere disponibile l'energia in uscita attraverso un connettore gUSB; i case possono essere multìplati (in serie cd/o in parallelo) tra loro tramite uscita pUSB con il fine di ottenere una maggiore voltaggio o un maggiore potenziale.