能源獲取裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種能源獲取裝置，包含太陽能電池組，與太陽能電池組連接的充電儲能單元、與充電儲能單元連接的電源管理單元、與電源管理單元連接的備份電源；充電儲能單元對來自太陽能電池組輸出的電能進行存儲；充電儲能單元的內(nèi)部電壓大于預設(shè)電壓時，電源管理單元將充電儲能單元切入供電通道對設(shè)備進行供電，并同時將備份電源切出供電通道；充電儲能單元的內(nèi)部電壓小于預設(shè)電壓時，電源管理單元將充電儲能單元從供電通道中切出，并同時將備份電源切入至供電通道對設(shè)備進行供電。同現(xiàn)有技術(shù)相比，通過電源管理單元對充電儲能單元滯回放電邏輯、同備份電源的無縫切換，來滿足微功耗設(shè)備在極低光照條件下能夠長期進行自持運行的要求。
【專利說明】能源獲取裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種能源的獲取裝置，特別涉及一種太陽能電池的能源獲取裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在某些應用條件下，由于設(shè)備的運行被安裝條件或施工條件等因素所限制，所以某些設(shè)備無法采用有線的方式進行供電。
[0003]但隨著科技的進步，現(xiàn)在已經(jīng)可采用內(nèi)置電池或外置電池作為這些設(shè)備的電源，但采用電池作為這些設(shè)備電源時，可能會因為外界環(huán)境、天氣等因素，例如:當天氣情況較為惡劣、溫差幅度較大等，會不利于普通電池長時間的可靠供電，電池可能會因接觸到雨水發(fā)生短路、或是長期暴露在空氣中發(fā)生氧化。另外，電池在溫度過高情況下，會發(fā)生爆炸、失效、漏電等情況。這時，如果采用常規(guī)供電的方式，就無法滿足低功耗設(shè)備超長時間自持運行的要求。
[0004]另外，當設(shè)備數(shù)量較多的話，如果采用有線方式進行供電，在某些場合其布線的數(shù)量，不僅會使布線的難度提高、加大線路設(shè)計的復雜度，而且會加大安裝的成本。如果采用電池供電方式進行供電，那也會在更換設(shè)備電池時產(chǎn)生較大的維護成本。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種能源獲取裝置，以克服在沒有布線條件的情況下，滿足低功耗設(shè)備能夠長期進行自持運行。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種能源獲取裝置，包含太陽能電池組、充電儲能單元、電源管理單元、備份電源；
[0007]所述充電儲能單元分別連接所述太陽能電池組和所述電源管理單元；所述備份電源連接所述電源管理單元；
[0008]所述電源管理單元包含:電壓檢測電路、與所述電壓檢測電路連接的邏輯電路、與所述邏輯電路連接的電平轉(zhuǎn)換電路；
[0009]所述充電儲能單元對所述太陽能電池組輸出的電能進行存儲，所述電壓檢測電路對所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓進行檢測；
[0010]所述電壓檢測電路檢測到所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓高于預設(shè)的最高電壓時，所述電壓檢測電路向所述邏輯電路輸出高電平信號，由所述邏輯電路將所述充電儲能單元切入供電通道中；同時，所述電平轉(zhuǎn)換電路將所述備份電源從供電通道中切出；
[0011]所述電壓檢測電路檢測到所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓低于預設(shè)的最低電壓時，所述電壓檢測電路向所述邏輯電路輸出低電平信號，由所述邏輯電路將所述充電儲能單元從供電通道中切出；同時，電平轉(zhuǎn)換電路將所述備份電源切入供電通道中。
[0012]本實用新型的實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，取消了采用傳統(tǒng)的有線方式對低功耗設(shè)備進行供電，而是采用太陽能電池組作為日常的發(fā)電設(shè)備，并通過充電儲能單元來獲取太陽能電池組中的電能，并對電能進行存儲，以便輸出至供電通道對低功耗設(shè)備進行供電。而當外界光照嚴重不足或無光照，又或者是太陽能電池組充入充電儲能單元中的電量過低，或沒有電流充入的情況下，導致充電儲能單元的內(nèi)部電壓過低無法滿足對低功耗設(shè)備的供電需求時，通過電源管理單元可迅速將充電儲能單元切出供電通道，并同時將備份電源切入至供電通道中，從而滿足對低功耗設(shè)備長期供電，以低功耗使設(shè)備能夠長期進行自持運行。
[0013]其中，所述電壓檢測電路包含:一塊檢測充電儲能單元的內(nèi)部電壓是否高于預設(shè)的最高電壓的第一電壓檢測芯片、一塊檢測所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓是否低于預設(shè)的最低電壓的第二電壓檢測芯片。
[0014]所述第一電壓檢測芯片檢測到所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓高于預設(shè)的最高電壓時，所述第一電壓檢測芯片向所述邏輯電路輸出高電平信號。所述第二電壓檢測芯片檢測到所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓低于預設(shè)的最低電壓時，所述第二電壓檢測芯片向所述邏輯電路輸出低電平信號。
[0015]由此可知，當?shù)谝浑妷簷z測芯片檢測到充電儲能單元的內(nèi)部電壓上升到高于預設(shè)的最高電壓時，會向邏輯電路發(fā)送一個高電平信號，邏輯電路通過該高電平信號打開充電儲能單元向供電通道進行供電的供電窗口，從而將充電儲能單元切入值供電通道對低功耗設(shè)備進行供電，同時電平轉(zhuǎn)換電路根據(jù)邏輯電路接收到的高電平信號，將備份電源從供電通道中切出。而當?shù)诙z測芯片檢測到充電儲能單元的內(nèi)部電壓下降到低于預設(shè)的最低電壓時，會向邏輯電路發(fā)送一個低電平信號，邏輯電路通過該低電平信號關(guān)閉充電儲能單元向供電通道進行供電的供電窗口，從而將充電儲能單元從供電通道中切出，同時電平轉(zhuǎn)換電路根據(jù)邏輯電路接收到的低電平信號，將備份電源切入到供電通道中。以實現(xiàn)在充電儲能單元在失效情況下對備份電源的切換，從而滿足低功耗設(shè)備能夠長期自持運行的供電需求。
[0016]另外，所述邏輯電路是由N溝道絕緣柵型場效應管和P溝道絕緣柵型場效應管組成的門電路。通過該電路來完成充電儲能單元向供電通道進行供電時供電窗口的打開和關(guān)閉。而所述電平轉(zhuǎn)換電路是由N溝道絕緣柵型場效應管和P溝道絕緣柵型場效應管組成的電平轉(zhuǎn)換電路。通過該電路來完成備份電源的切入與切出，并通過該電路完成備份電源的電壓轉(zhuǎn)換，從而與低功耗設(shè)備的額定電壓進行匹配。由于N溝道絕緣柵型場效應管和P溝道絕緣柵型場效應管的電源電壓范圍寬，所以方便了該電平轉(zhuǎn)換電路邏輯電路的設(shè)計。另外N溝道絕緣柵型場效應管和P溝道絕緣柵型場效應管具有較低的功耗，所以在后續(xù)用低功耗設(shè)備用電頻率不高的前提下可較好的實現(xiàn)不同電平電源間的無縫切換，以滿足低功耗設(shè)備的正常運行。
[0017]另外，所述充電儲能單元包含:低漏電電解電容器、超級電容器和低反向漏電肖特基二極管；所述低漏電電解電容器和所述超級電容器通過所述低反向漏電肖特基二極管隔離并聯(lián)。由于充電儲能單元是由低漏電電解電容器和超級電容器組成，并且，低漏電電解電容器和超級電容器是通過一個低反向漏電肖特基二極管進行隔離并聯(lián)，通過低反向漏電肖特基二極管使得低漏電電解電容器兩端的電壓高于超級電容器兩端的電壓，從而保證低漏電電解電容器的兩端電壓快速上升高于超級電容器兩端的電壓。在平時外界光照充足的情況下，設(shè)備使用的電力均來源于低漏電電解電容器，而超級電容器是一直處于充電狀態(tài)，作為儲能元件。而當外界光照嚴重不足或無光照、又或者太陽能電池組充入低漏電電解電容器中的電量過低，或沒有電流充入，導致低漏電電解電容器無法再對設(shè)備維持供電，此時超級電容器才會背負起供電任務(wù)對設(shè)備進行供電。而只用當超級電容的電壓也過低時，整個充電儲能單元才會被切出供電通道，同時備份電源會被切入至供電通道繼續(xù)對低功耗設(shè)備進行供電，從而進一步保證了低功耗設(shè)備能夠長期進行自持運行。
[0018]另外，所述太陽能電池組包含:一塊對所述低漏電電解電容器輸送電能的第一非晶硅太陽能電池、一塊對所述超級電容器輸送電能的第二非晶硅太陽能電池。由于太陽能電池組是由兩塊非晶硅太陽能電池組成，通過兩塊非晶硅太陽能電池分別給低漏電電解電容器和超級電容器進行充電，從而滿足對低功耗設(shè)備進行供電。而非晶硅太陽能電池的特性是具有較好的弱光性能，在實際使用中對低光、強光能夠有較好的適應，即使外界的光照較弱也能進行正常的工作。
[0019]并且，為了適應市場需求，所述備份電源可采用內(nèi)置電池或移動電源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型第一實施方式的能源獲取裝置的系統(tǒng)模塊框圖；
[0021]圖2為本實用新型第一實施方式的能源獲取裝置的電路原理圖；
[0022]圖3為本實用新型第一實施方式中充電儲能單元切入和切出時的工作狀態(tài)圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本實用新型各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。
[0024]本實用新型的第一實施方式涉及一種能源獲取裝置，如圖1所示，包含太陽能電池組、與太陽能電池組連接的充電儲能單元、與充電儲能單元連接的電源管理單元、與電源管理單元連接的備份電源。本實施方式的太陽能電池的能源獲取裝置還包含；分別與電源管理單元和備份電源連接的供電通道。
[0025]其中，太陽能電池組是用于接收來自外界的光能，并將光能轉(zhuǎn)換為電能輸送至充電儲能單元，由充電儲能單元對來自太陽能電池組輸出的電能進行存儲。
[0026]當充電儲能單元的內(nèi)部電壓高于預設(shè)的最高電壓時，由電源管理單元將充電儲能單元切入供電通道對設(shè)備進行供電，并同時將備份電源切出供電通道。而當充電儲能單元的內(nèi)部電壓低于預設(shè)的最低電壓時，由電源管理單元將充電儲能單元從所述供電通道中切出，并同時將備份電源切入至所述供電通道對設(shè)備進行供電。
[0027]由于在本實施方式中，取消了采用傳統(tǒng)的有線方式對設(shè)備進行供電，而是采用太陽能電池組作為日常的發(fā)電設(shè)備，并通過充電儲能單元來獲取太陽能電池組中的電能，并對電能進行存儲，以便輸出至供電通道對低功耗設(shè)備進行供電。而當外界光照嚴重不足或無光照，又或者是太陽能電池組充入充電儲能單元中的電量過低，或沒有電流充入的情況下，導致充電儲能單元的內(nèi)部電壓過低無法滿足對低功耗設(shè)備的供電需求時，通過電源管理單元可迅速將充電儲能單元切出供電通道，并同時將備份電源切入至供電通道中，從而滿足對設(shè)備長期供電，以使低功耗設(shè)備能夠長期進行自持運行。
[0028]具體的說，電源管理單元包含:電壓檢測電路、與電壓檢測電路連接的邏輯電路、與邏輯電路連接的電平轉(zhuǎn)換電路。
[0029]在實際應用中，電壓檢測電路負責對充電儲能單元的內(nèi)部電壓進行檢測，檢測充電儲能單元的內(nèi)部電壓是否高于預設(shè)的最高電壓，或者檢測充電儲能單元的內(nèi)部電壓是否低于預設(shè)的最低電壓。
[0030]具體的說，可預先對充電儲能單元切入時的最高門限電壓和切出時的最低門限電壓進行設(shè)置，例如:可將最高門限電壓VH設(shè)置為3.0V，而將最低門限電壓VL設(shè)置為2.5V。
[0031]結(jié)合圖2和圖3所示，當電壓檢測電路檢測到充電儲能單元的內(nèi)部電壓高于預設(shè)的最高門限電壓VH時(U > 3.0V)，即太陽能電池組102向充電儲能單元105充電接近至飽和狀態(tài)時。此時，電壓檢測電路會向邏輯電路108輸出一個高電平信號，邏輯電路108根據(jù)該高電平信號打開供電窗口，從而將充電儲能單元105切入至供電通道對低功耗設(shè)備進行供電。同時，電平轉(zhuǎn)換電路110根據(jù)邏輯電路108接收到的高電平信號將備份電源109從供電通道中切出。
[0032]而當電壓檢測電路檢測到?jīng)_電儲能單元105的內(nèi)部電壓低于預設(shè)的最低門限電壓VL時(U < 2.5V)，即充電儲能單元105中的電壓過低無法滿足低功耗設(shè)備的供電需求，或者充電儲能單元105的電能已耗光時。此時，電壓檢測電路會向邏輯電路108輸出一個低電平信號，邏輯電路108根據(jù)該低電平信號關(guān)閉供電窗口，從而將充電儲能單元105從供電通道中切出。同時，電平轉(zhuǎn)換電路110根據(jù)邏輯電路接收到的高電平信號將備份電源109切入供電通道對低功耗設(shè)備進行供電。
[0033]其中，電壓檢測電路是由一塊檢測充電儲能單元的內(nèi)部電壓是否高于預設(shè)的最高門限電壓VH的第一電壓檢測芯片107，和一塊檢測充電儲能單元的內(nèi)部電壓是否低于預設(shè)的最低門限電壓VL的第二電壓檢測芯片106構(gòu)成。
[0034]當充電儲能單元105的電壓在上升時，由第一電壓檢測芯片107對充電儲能單元105的內(nèi)部電壓進行檢測，并判斷充電儲能單元105的內(nèi)部電壓是否高于預設(shè)的最高門限電壓VH，如判定充電儲能單元105的內(nèi)部電壓高于預設(shè)的最高門限電壓VH時，由第一電壓檢測芯片107向邏輯電路108輸出一個高電平信號。
[0035]而當充電儲能單元105的電壓在下降時，由第二電壓檢測芯片106對充電儲能單元105的內(nèi)部電壓進行檢測，并判斷充電儲能單元105的內(nèi)部電壓是否低于預設(shè)的最低門限電壓VL，如判定充電儲能單元105的內(nèi)部電壓低于預設(shè)的最低門限電壓VL時，由第二電壓檢測芯片106向邏輯電路108輸出一個低電平信號。
[0036]由此可知，當?shù)谝浑妷簷z測芯片檢測到充電儲能單元的內(nèi)部電壓上升到高于預設(shè)的最高電壓時，會向邏輯電路發(fā)送一個高電平信號，邏輯電路通過該高電平信號打開充電儲能單元向供電通道進行供電的供電窗口，從而將充電儲能單元切入值供電通道對低功耗設(shè)備進行供電，同時電平轉(zhuǎn)換電路根據(jù)邏輯電路接收到的高電平信號，將備份電源從供電通道中切出。而當?shù)诙z測芯片檢測到充電儲能單元的內(nèi)部電壓下降到低于預設(shè)的最低電壓時，會向邏輯電路發(fā)送一個低電平信號，邏輯電路通過該低電平信號關(guān)閉充電儲能單元向供電通道進行供電的供電窗口，從而將充電儲能單元從供電通道中切出，同時電平轉(zhuǎn)換電路根據(jù)邏輯電路接收到的低電平信號，將備份電源切入到供電通道中。以實現(xiàn)在充電儲能單元在失效情況下對備份電源的切換，從而滿足低功耗設(shè)備能夠長期自持運行的供電需求。
[0037]另外，值得一提的是，在本實施方式中，邏輯電路是由一個N溝道絕緣柵型場效應管和一個P溝道絕緣柵型場效應管組成的門電路。通過該電路來完成充電儲能單元向供電通道進行供電時供電窗口的打開和關(guān)閉。而電平轉(zhuǎn)換電路同樣是由一個N溝道絕緣柵型場效應管和一個P溝道絕緣柵型場效應管組成的電平轉(zhuǎn)換電路。通過該電路來完成備份電源的切入與切出，并通過該電路完成備份電源的電壓轉(zhuǎn)換，從而與低功耗設(shè)備的額定電壓進行匹配，以保證對低功耗設(shè)備進行正常供電。由于N溝道絕緣柵型場效應管和P溝道絕緣柵型場效應管的電源電壓范圍寬，所以方便了該電平轉(zhuǎn)換電路邏輯電路的設(shè)計。另外N溝道絕緣柵型場效應管和P溝道絕緣柵型場效應管具有較低的功耗，所以在后續(xù)用低功耗設(shè)備用電頻率不高的前提下可較好的實現(xiàn)不同電平電源間的無縫切換，以滿足低功耗設(shè)備的正常運行。
[0038]本實施新型的第二實施方式涉及一種能源獲取裝置，第二實施方式是在第一實施方式的基礎(chǔ)上做了進一步改進，主要改進之處:在本實施方式中，充電儲能單元是由低漏電電解電容器、超級電容器和低反向漏電肖特基二極管構(gòu)成。其中，低漏電電解電容器和超級電容器是通過低反向漏電肖特基二極管進行隔離并聯(lián)。
[0039]在本實施方式中，由于充電儲能單元是由低漏電電解電容器和超級電容器組成，并且，低漏電點解電容器和超級電容器是通過一個低反向漏電肖特基二極管進行隔離并聯(lián)，通過低反向漏電肖特基二極管使得低漏電電解電容器兩端的電壓高于超級電容器兩端的電壓，從而保證低漏電電解電容器的兩端電壓快速上升高于超級電容器兩端的電壓。在平時外界光照充足的情況下，設(shè)備使用的電力均來源于低漏電電解電容器，而超級電容器是一直處于充電狀態(tài)，作為儲能元件。而當外界光照嚴重不足或無光照、又或者太陽能電池組充入低漏電電解電容器中的電量過低，或沒有電流充入，導致低漏電電解電容器無法再對設(shè)備維持供電，此時超級電容器才會背負起供電任務(wù)對設(shè)備進行供電。而只用當超級電容的電壓也過低時，整個充電儲能單元才會被切出供電通道，同時備份電源會被切入至供電通道繼續(xù)對低功耗設(shè)備進行供電，從而進一步保證了低功耗設(shè)備能夠長期進行自持運行。
[0040]本實施新型的第三實施方式涉及一種能源獲取裝置，第三實施方式是在第二實施方式的基礎(chǔ)上做了進一步改進，主要改進之處:在本實施方式中，太陽能電池組是由一塊第一非晶硅太陽能電池和一塊第二非晶硅太陽能電池組成。其中，第一非晶硅太陽能電池負責對低漏電電解電容器輸送電能，而第二非晶娃太陽能電池負責對超級電容器輸送電能。
[0041]在本實施方式中，由于太陽能電池組是由兩塊非晶硅太陽能電池組成，通過兩塊非晶硅太陽能電池分別給低漏電電解電容器和超級電容器進行充電，從而滿足對低功耗設(shè)備進行供電。而非晶硅太陽能電池的特性是具有較好的弱光性能，在實際使用中對低光、強光能夠有較好的適應，即使外界的光照較弱也能進行正常的工作。
[0042]并且，在本實施方式中，為了適應市場需求，備份電源可采用內(nèi)置電池或移動電源，工作人員可根據(jù)實際的使用需求進行選擇。
[0043]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本實用新型的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本實用新型的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種能源獲取裝置，其特征在于，包含太陽能電池組、充電儲能單元、電源管理單元、備份電源； 所述充電儲能單元分別連接所述太陽能電池組和所述電源管理單元；所述備份電源連接所述電源管理單元； 所述電源管理單元包含:電壓檢測電路、與所述電壓檢測電路連接的邏輯電路、與所述邏輯電路連接的電平轉(zhuǎn)換電路； 所述充電儲能單元對所述太陽能電池組輸出的電能進行存儲，所述電壓檢測電路對所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓進行檢測； 所述電壓檢測電路檢測到所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓高于預設(shè)的最高電壓時，所述電壓檢測電路向所述邏輯電路輸出高電平信號，由所述邏輯電路將所述充電儲能單元切入供電通道中；同時，所述電平轉(zhuǎn)換電路將所述備份電源從供電通道中切出； 所述電壓檢測電路檢測到所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓低于預設(shè)的最低電壓時，所述電壓檢測電路向所述邏輯電路輸出低電平信號，由所述邏輯電路將所述充電儲能單元從供電通道中切出；同時，電平轉(zhuǎn)換電路將所述備份電源切入供電通道中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源獲取裝置，其特征在于:所述電壓檢測電路包含:一塊用于檢測所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓是否高于預設(shè)的最高電壓的第一電壓檢測芯片、一塊用于檢測所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓是否低于預設(shè)的最低電壓的第二電壓檢測芯片； 所述第一電壓檢測芯片檢測到所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓高于預設(shè)的最高電壓時，所述第一電壓檢測芯片向所述邏輯電路輸出高電平信號； 所述第二電壓檢測芯片檢測到所述充電儲能單元的內(nèi)部電壓低于預設(shè)的最低電壓時，所述第二電壓檢測芯片向所述邏輯電路輸出低電平信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源獲取裝置，其特征在于:所述邏輯電路是由N溝道絕緣柵型場效應管和P溝道絕緣柵型場效應管組成的門電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能源獲取裝置，其特征在于:所述電平轉(zhuǎn)換電路是由N溝道絕緣柵型場效應管和P溝道絕緣柵型場效應管組成的電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述能源獲取裝置，其特征在于:所述充電儲能單元包含:低漏電電解電容器、超級電容器和低反向漏電肖特基二極管； 所述低漏電電解電容器和所述超級電容器通過所述低反向漏電肖特基二極管隔離并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的能源獲取裝置，其特征在于:所述太陽能電池組包含:一塊對所述低漏電電解電容器輸送電能的第一非晶娃太陽能電池、一塊對所述超級電容器輸送電能的第二非晶硅太陽能電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的能源獲取裝置，其特征在于:所述備份電源為內(nèi)置電池或移動電源。
【文檔編號】H02J9/04GK203537045SQ201320451636
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】徐吉, 李鵬宇, 鄭春雷, 賈根團, 陳明, 金軍, 鄭洪渠 申請人:上海新物科技有限公司