[发明专利]一种热量能源采集系统

说明书

技术领域

本发明属于微型电源领域，其特征在于对环境中热量能源的采集，并将采集的能量转化为电能储存于储能元件。主要目的是用于小型无线传感器网络及其它低功耗器件供电，提高能源的利用率。

技术背景

能源和环境与人类社会的生存和发展密切相关，随着全球对环保和节能意识不断加强，近年来越来越多企业把发展新能源作为提高产业竞争能力、保持经济社会可持续发展的重大战略举措。目前，从环境中提取未利用能源(温差、振动等)的能源采集技术，正日益成为各种应用领域中有力的竞争方案。工业的发展正向着微电子化、微功耗化、自动化方面快速的发展，这就导致了环境能源采集技术的迅猛发展。开发一种可以长时间使用、将周围环境能源转化为电能的微能源采集系统，是人们期待解决的重要问题，具有广阔的应用前景。虽然在短期的时间内，微能源采集系统还不能完全取代所有领域所使用的电池或供电系统，但其还是凭借其无需更换电池或持续时间可达数年、低功耗、自采集与自供能、绿色环保等众多优势，将会成为用户和工业生产的选择。

在现实的应用中，例如交通运输基础设施、无线医疗设备、轮胎压力检测和楼宇自动化市场等，尤其是在楼宇自动化系统中，诸如传感器、自动调温器甚至光控开关等，以前安装时通常使用的电源或控制配线，现在已经不需要了，取而代之是，它们采用了局部能量采集系统。对于那些微电子设备工作的环境中可能存在着多余的热量，能够将这些多余的热量采集起来并转化为电能储存起来或者直接给微电子设备供电，这种方法是可行的。在众多的无线传感器、远程监视器和其它低功耗应用正逐步走向零电源设备，它们中有一小部分就采用了热量能源采集系统。将环境中多余热量转化为电能的热量能源采集系统，一直是人们希望解决的问题，具有广泛的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于设计了一种热量能源采集系统，从而解决了环境中热量能源采集存储的问题，提高能源的利用率。

本发明采用的技术方案如下：

热量能源采集系统包括热量能源采集器、能源管理电路及其存储能量元件组成。其中所述的热量能源采集器是一个基于半导体的热力发电机，它能将温差转化成电能的装置。

所述方案中，热量能源采集系统能源管理电路主要由boost升压电路模块和IC控制电路模块组成。其中所述的boost升压电路模块由低功耗的DC/DC升压转换芯片组成；IC控制电路模块由低功耗的微控制器组成。

所述方案中，热量能源采集系统储存能量元件由可充电电池组和可充电超级电容组成。

上述方案中，热量能源采集系统热量采集过程如下：

热量能源采集器将环境中的热量转化为电能，IC控制电路模块采集输入电压，如果输入电压达到boost升压电路模块的最小输入电压，IC控制电路模块将启动boost升压电路模块使输入电压升高，同时boost升压电路模块产生稳定电压将储存于电池组和可充电超级电容里面。

所述热量能源采集系统的总体工作流程如下：

热量能源采集器将环境中的热量转化为电能，IC控制电路模块采集输入的电压，若输入电压达到boost升压电路模块的最小启动电压，IC控制电路模块产生信号使boost升压电路模块正常工作，经过升压电路模块产生的电压其中一部分经过滤波电容储存于电池组，另一部分电压经过滤波电容储存于可充电超级电容中。

所述热量能源采集系统还包括电池组电压信号采样，采样信号经过运算放大器输入到IC控制电路模块，IC控制电路模块通过输入信号判断电池组电压是否达到饱和状态。若电池组电压达到饱和状态，IC控制电路模块产生一个中断信号关闭充电开关电路，以保护系统安全。

所述热量能源采集系统还包括电池组电流信号采样，采样信号经过运算放大器输入到IC控制电路模块，IC控制电路模块通过输入信号判断电池组电流是否达到额定电流。若电池组

电流达到额定电流，IC控制电路模块产生一个中断信号关闭充电开关电路，以保护系统安全。

所述热量能量采集系统还包括热敏电阻采样电池底部温度，采样温度信号经过运算放大器输入到IC控制电路模块，IC控制电路模块通过输入信号判断电池温度是否达到额定温度。若电池温度达到电池额定温度，IC控制电路模块产生一个中断信号关闭充电开关电路，以保护系统安全。

本发明具有以下优点：

(1)降低成本：热量能源采集系统能够将环境中的热量转化为电能储存于可充电电池组或者是超级电容中，其采集的电能可以为低功耗的元器件供电，降低了传统布设电源线的成本和更换电池所需的成本。