[发明专利]用于产生、储存及输送电能的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于产生、储存及输送电能的装置。本发明还涉及一种如权利要求14前序部分所述的产生、储存及输送电能的方法。

背景技术

现有技术中存在不依赖电网就可运行的应用。这类应用主要适合于偏远地区和/或难以接近的区域，例如传感器应用。为了给这样的应用供电，可以让它们包含有所谓的能量收集组件。其中，“能量收集”是指从周围的能源如环境温度、光、振动或气流中转换能量。由于周围并非总是存在能源，无法借助这些能量收集组件来持续产生能量，因此，上述应用往往都具有储存单元，可以储存能量收集组件所产生的电能，就算能量收集组件不工作，也能为这些应用供电。

这种应用公开自WO 2007/082168A2，其揭示了一种用于能量收集、产生和储存能量并将能量输送到电负载上的装置与方法，特别适用于偏远地区或无法接近的区域。该装置优选包括一或多个能源、至少一个用于为电负载供电的双层电容器作为储存单元和至少一个作为应急电源的蓄电池。此外还设有用于控制该装置的控制单元。能量的储存(即，为储存单元充电以及将能量输送到储存单元上)优选采用动态和可变设计，储存单元无法输出电能时可为其充电。用电荷泵来为双层电容器充电，电荷泵特定而言从低功率能源中收集电能，同时可以更高的电压将这部分能量输送到电负载上。此外还设有用以监测储存单元的电能含量的构件，借助电能含量可对充电时的频率进行调节。此外，也可将两个双层电容器予以电性串联或并联。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于产生、储存及输送电能的装置与方法，借助于这二者可以可靠、有效地为用电设备供电。

在装置方面，本发明用以达成上述目的的解决方案是权利要求1所述的特征。在方法方面，本发明用以达成上述目的的解决方案是权利要求14所述的特征。

从属权利要求涉及的是本发明的有利设计方案。

本发明用于产生、储存和/或输送电能的装置包括至少一个能源、用于储存所述能量的至少一个第一储存单元和第二储存单元以及控制单元。根据本发明，为第一储存单元充电时，可将第二储存单元的电能输送给第一储存单元。其优点在于，这样也能为充电时有预定最小充电电流要求的储存单元充电。

所述能源优选是可为电气应用，特别是位于偏远且难以接近的区域的电气应用独立供电的能量收集组件。

由于该能量收集组件的功率较小，可以将所产生的电能先输送给充电时没有最小充电电流要求的第二储存单元(特别是电解电容器)，其中，根据本发明一种特别有利的改进方案，所述控制单元包括一充电电路，通过该充电电路可以对向第二储存单元输送电能以及从第二储存单元向第一储存单元输送电能的操作进行控制。特定而言可对充电电流和/或充电电压进行控制，以便可靠地将电能储存在第一储存单元中。

根据本发明的一种设计方案，所述第一储存单元和第二储存单元类型不同，其中，第一储存单元优选是双层电容器而非传统的蓄电池，双层电容器具有极高的能量密度，所需的安装空间较小。

将第一储存单元实施为双层电容器，第二储存单元实施为电解电容器的优点在于，不必再用蓄电池来储存电能，从而可以延长所述装置的使用寿命。此外，电容器的使用寿命受温度影响很小。此外，所述电容器设计可以实现大量的充、放电循环。相对于蓄电池而言，电容器作为储能器的另一优点在于，电容器的有毒物质比蓄电池少，因而更便于处理。

根据本发明的一种改进方案，所述第二储存单元的储存容量小于所述第一储存单元的储存容量。所述能源和所述储存单元与用电设备相连，高功率用电设备可由第一储存单元输电，低功率用电设备可由第二储存单元输电，这样就可以使用电需求较小的用电设备很快进入备用状态，因为第二储存单元的充电时间短，这样可以提前达到运行用电设备所需的电压水平。

为了确保低功率用电设备在第二储存单元的各种充电状态下都能进行工作，设有电压调节器，借此可对运行低功率用电设备所需的电压水平进行自动调节。

其中，所述用电设备至少包括传感器和/或通信单元，这样就可借助所述通信单元将所述传感器所检测到的数据(例如环境数据)传输给控制中心。

根据本发明一种特别有利的改进方案，所述充电电路包括一用于为所述第二储存单元充电的开关稳压器，该开关稳压器是脉冲电流源。脉冲电流源效率很高，可将双层电容器充电至比电解电容器高的电压，从而可以达到储存附加能量的目的。此外，第一储存单元(特别是双层电容器)和/或第二储存单元可在输出能量的同时接收电能。