[发明专利]一种能量收集利用系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电能存储与利用技术领域，特别涉及一种能量收集利用系统及方法。

背景技术

现今的时代，我们正在进入一个依靠传感器和大数据运行的环境；在这个环境的底层，是不计其数的传感器及执行设备；这些传感器和执行设备，在相当长的一段时间内都是依靠电力来工作的；如此一来，将面临一个非常大的挑战：如何对如此多的传感器和执行设备供电；用电力线给如此多的传感器及执行设备供电是不现实的。如果用电池供电，则需要巨大的人力资源去维护。同时也会对环境造成很大的污染。2015年中国生产的电池数量是140亿颗。而我们国家自己消耗的电池数量达到了生产数量的一半。随着物联网和人们的生活的进一步的紧密结合。可以预见人们的生活中的传感器及其它低耗能设备的数量会极大地提高。用电池给如此多的设备进行供电是不可能的。

与此同时，在我们的生活环境中存在着各种不同形式的能量，例如，风，光，热，电磁波和震荡等等；如果我们能够有效地收集这些能量并给传感器等小设备供电，则能达到一举数得的效果。例如，设备如果不坏就可以一直工作下去；可以不用电池从而减少环境污染；可以不用维护从而达到降低成本等等的好处。

但是，量收集面临的主要挑战之一就是通常那些被收集的能量非常小，小到收集系统本身的耗能可能大于收集到的能量。另外一个主要的挑战是被收集的能量并不稳定。时大时小或者是时有时无。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种能量收集利用系统及方法，同时考虑了超级电容和充电电池的优缺点，将两者结合起来对用电负荷进行供电，提高了系统使用寿命，减少了人力成本。

本发明一种能量收集利用系统，包括能量收集模块、最大功率追踪控制电路、超级电容、升压电路、充电管理电路、充电电池；

所述能量收集模块用于收集能量并将所收集的能量转化为电能，所述电能通过所述最大功率追踪控制电路单向传输并储存于所述超级电容；

所述超级电容通过所述升压电路、充电管理电路与所述充电电池连接；当所述超级电容内的存电量大于设定阈值时，所述超级电容通过所述充电管理电路、升压电路对所述充电电池进行充电。

进一步的，所述能量收集利用系统还包括用电负荷和电源管理电路，所述电源管理电路优先选择所述超级电容对所述用电负荷供电，所述充电电池作为备用电源，当所述超级电容电力低于设定值时，所述电源管理电路选择开关切换到所述充电电池对所述用电负荷供电。

进一步的，所述能量收集模块与所述超级电容之间设置单向开关，所述单向开关为二极管。

进一步的，所述能量收集模块为太阳能发电板、压力能源收集板或天线。

进一步的，所述压力能源收集板为压电陶瓷。

进一步的，所述用电负荷为电子门锁、停车场车位占用传感器。

本发明还提供了一种能量收集利用方法，包括以下步骤：

步骤一、能量收集模块收集能量并将所收集的能量转换为电能，所述电能通过最大功率追踪控制电路单向传输并储存于超级电容；

步骤二、当所述超级电容储存电力超过设定值时，所述超级电容通过升压电路和充电管理电路对充电电池充电；

步骤三、电源管理电路优先选择所述超级电容对所述用电负荷供电，所述充电电池作为备用电源，当所述超级电容电力低于设定值时，所述电源管理电路选择开关切换到所述充电电池对所述用电负荷供电。

进一步的，步骤三中，所述超级电容或充电电池通过稳压LDO对所述用电负荷供电。

本发明的有益效果为：系统大部分时间都是用超级电容作为供电能源，减少了充电电池的充放电次数，系统的使用寿命大大延长；系统在整个生命周期里从周围环境中获取能量并一直保持工作状态，成为真正的免维护系统；系统简单、实用，应用前景极为广阔。

附图说明

图1所示为超级电容、充电电池的容量-电压关系示意图。

图2所示为本发明一种能量收集利用系统的原理图。

图3所示为本发明实施例一种能量收集利用系统的结构示意图。

图4所示为实施例一结构示意图。

图5所示为实施例二结构示意图。