一種能源自採集與供能系統的製作方法

2023-05-24 16:36:46 2

專利名稱：一種能源自採集與供能系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於微型電源技術領域，特別涉及一種微能源自採集與供能系 統，及該系統在微電子機械系統領域的應用。
背景技術：
工業微電子化已是不爭的事實。各種植入式裝置、分布式系統、無線傳感
器、無線通信設備、監控設備等都朝向自動化、微小化的MEMS (Micro Electro Mechanical System,微電子機械系統)發展。現實應用中，例如環境監測、天 氣監測預報、建築物狀態監控、城市交通監控、機場安全監控、大面積農田或 工業園區安全監測等， 一般將數量眾多MEMS設備部署在廣闊的區域內。長距離 布置電源線、更換彭池等傳統的供能方式對於這些應用是不現實的。
另一方面，這些MEMS設備工作的環境到處存在著微弱風及微弱震動，開發 一種可以長時間使用的、將外界環境中的微風、微震等微能源轉換為電能的微 能源自採集與供能系統，是人們期待解決的重要課題，具有廣闊的應用前景。

實用新型內容
本實用新型的目的是針對現有供電技術的不足，提供一種高集成度、可充 電電池組與微型發電機互為補充的、利用微風與微震等微能源的環保的微能源 自採集與供能系統。
為了實現實用新型目的，採用的技術方案如下
一種能源自採集與供能系統，由發電機和管理電路組成，所述發電機採用 將微風或微震轉換為電能的能源轉換裝置。
上述技術方案中，所述發電機採用微型發電機，以及由可充電電容器組和 可充電電池組組成的雙冗餘電源。
所述管理電路由IC控制電路模塊、充電開關電路、調壓整流電路組成。
所述微型發電機連接可充電電容器組，可充電電容器組經過IC控制電路 模塊、充電開關電路、調壓整流電路後分成兩個輸出分支，其中一個與可充電 電池組連接，另一個與外部設備連接。
所述可充電電池組與外部設備連接。
本實用新型可應用如下
一種能源自採集與供能系統在微電子機械系統的應用，所述微電子機械系 統設備採用能源自採集與供能系統供電。
微型發電機將微電子機械系統設備所處環境中的微風或微震微能源轉化 為電能，存儲於可充電電容器組中，可充電電容器組一方面經過調壓整流電路 直接給微電子機械系統設備供電， 一方面將多餘電能存儲積累；若微型發電機 工作正常，可充電電容器組處於充滿狀態，IC控制電路模塊打開充電開關電路， 電流經過調壓整流電路為可充電電池組充電，若微型發電機工作不正常，而且 可充電電容器組處於過放電狀態，IC控制電路模塊關閉充電開關電路，並選擇
可充電電池組作為電源為MEMS設備供電。
所述供電過程還包括可充電電池組在充電過程中處於過熱超溫狀態時，IC 控制電路模塊關閉充電開關電路，保護可充電電池組的處理步驟。
所述供電過程的電路如下
通過管理電路的Pl、 P2接口連接微型發電機，微型發電機發出的電流經 過調壓整流電路中的二極體D2 D6、 D8 D11後，存儲在可充電電容器組C4、 C8中，存儲在C4、 C8中的電流經過二極體D1向U3供電，U3通過P3接口連接
微電子機械系統設備；
通過U2A進行電池電壓釆樣放大處理，並將VBAT信號輸入到IC控制電路 模塊U4的23針腳，通過U2B進行充電電流採樣放大處理，並將IBAT信號輸入 到IC控制電路模塊U4的24針腳，U4利用這兩個信號進行判斷，如果微型發 電機工作正常，可充電電容器組處於滿衝狀態，U4通過第15針腳發送P畫信 號到U1，通過U1向可充電電池組充電，如果微型發電機工作不正常，可充電 電容器組處於過放電狀態，可充電電池組經過D7向U3供電。
所述供電過程的電路還包括U4經過VBAT信號檢測可充電電池組的電壓狀 態，以判斷可充電電池組是否充滿電，如果充滿電，則不需要繼續充電，如果 未充滿電，則啟動Ul進行充電控制，可充電電池組還通過底部的溫度傳感器 RT1檢測自身的溫度狀態，並將TBAT信號輸入到U4的25針腳，U4通過TBAT 信號判斷是否需要斷開充電電路，以保護電池組。
本實用新型具有以下優點
1、 微型發電機採集利用環境中的微風、微震，將機械能轉換為電能，不 需要提供額外的燃料，因而不需要更換燃料及不排放廢棄物。
2、 可充電電容器組與可充電電池組組成雙冗餘電源，在發電量充足時可 以直接使用可充電電容器組作為電源供電，發電量不足時可以使用可充電電池 組作為電源供電，保證了長期、穩定電能供給。
3、 可充電電容器組自身也作為充電器，可以積累電能。可充電電池組可 以反覆自動充電，不至於長時間放電而需要更換。
4、 IC控制電路模塊設計合理，既可選擇供電電源，又可進行充電，還能 根據可充電電池組的溫度來切換充電電路，保護可充電電池。


圖1是本實用新型的組成結構示意框圖； 圖2是本實用新型的具體實施方式
示意框圖； 圖3是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的說明。
如圖1所示，本實用新型的微能源自採集與供能系統包括微型發電機加上 可充電電容器組和可充電電池組組成的雙冗餘電源子系統，IC控制電路、充電 開關電路、調壓整流電路組成的管理電路子系統。
本實用新型的具體實施方式
如圖2所示，微型發電機連接可充電電容器組， 可充電電容器組經過工c控制電路模塊、充電開關電路、調壓整流電路後分別與 可充電電池組以及MEMS設備連接。可充電電池組連接MEMS設備。將釆集系統 放置於有微風、微震的環境中，微型發電機便可開始發電，系統開始工作。
如圖3所示，Pl、 P2接口連接微型發電機。P3接口可以連接MEMS設備。 系統開始工作後，微型發電機發電，微型發電機發出的電經過調壓整流電路中 的二極體D2 D6、 D8 D11後，存儲在可充電電容器組C4、 C8中。存儲在C4、 C8中的電流經過二極體D1向U3供電。U3連接P3接口。此時，U2A進行電池 電壓採樣放大處理，並將VBAT信號輸入到IC控制電路模塊U4的23針腳；U2B 進行充電電流採樣放大處理，並將IBAT信號輸入到IC控制電路模塊U4的24 針腳。U4利用這兩個信號進行判斷，如果微型發電機工作正常，可充電電容器 組處於滿衝狀態，U4通過第15針腳發送P麗信號到U1，通過U1向可充電電池 組充電；如果微型發電機工作不正常，可充電電容器組處於過放電狀態，可充 電電池組經過D7向U3供電。另外，U4經過VBAT信號檢測可充電電池組的電 壓狀態，判斷可充電電池組是否充滿電。如果可充電電池組充滿電，則不需要
繼續充電；如果可充電電池組未充滿電，則啟動U1進行充電控制。可充電電池
組底部的溫度傳感器RT1可檢測電池組的溫度狀態，並將TBAT信號輸入到U4 的25針腳，U4通過TBAT信號判斷是否需要斷開充電電路，保護電池組。
權利要求1、一種能源自採集與供能系統，其特徵在於由發電機和管理電路組成，所述發電機採用將微風或微震轉換為電能的能源轉換裝置。
2、 根據權利要求1所述的能源自採集與供能系統，其特徵在於所述發電 機採用微型發電機，以及由可充電電容器組和可充電電池組組成的雙冗餘電源。
3、 根據權利要求1或2所述的能源自採集與供能系統，其特徵在於所述 管理電路由IC控制電路模塊、充電開關電路、調壓整流電路組成。
4、 根據權利要求3所述的能源自採集與供能系統，其特徵在於所述微型 發電機連接可充電電容器組，可充電電容器組經過IC控制電路模塊、充電開關 電路、調壓整流電路後分成兩個輸出分支，其中一個與可充電電池組連接，另 一個與外部設備連接。
5、 根據權利要求4所述的能源自採集與供能系統，其特徵在於所述可充 電電池組與外部設備連接。
專利摘要本實用新型提供了一種能源自採集與供能系統，系統由發電機和管理電路組成，所述發電機採用將微風或微震轉換為電能的能源轉換裝置。所述微電子機械系統設備採用能源自採集與供能系統供電。本實用新型為高集成度、可充電電池組與微型發電機互為補充的、利用微風與微震等微能源的環保的微能源自採集與供能系統。
文檔編號H02J7/00GK201188547SQ20082004692
公開日2009年1月28日 申請日期2008年4月25日 優先權日2008年4月25日
發明者周翠英, 孫志強 申請人:中山大學