基于可再生能源模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可再生能源模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站，該藍(lán)牙信標(biāo)基站包括：可再生能源模塊組、藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊和殼體，其中：殼體用于容納藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊和可再生能源模塊組；可再生能源模塊組與藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊連接，用于采集可再生能源，并將可再生能源的能量轉(zhuǎn)換為電能后進(jìn)行存儲(chǔ)，以為藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊供電；藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊用于發(fā)送信標(biāo)信息。本發(fā)明將負(fù)責(zé)廣播信標(biāo)信息的電子通訊模塊與可再生能源模塊結(jié)合起來(lái)，從而解決了藍(lán)牙信標(biāo)基站的供電問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
基于可再生能源模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及藍(lán)牙短距離無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于可再生能源模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)牙4.0以上的版本中加入了低功耗藍(lán)牙BLE (Bluetooth Low Energy或Bluetooth Smart)的通訊標(biāo)準(zhǔn)，這使得藍(lán)牙應(yīng)用在具備優(yōu)良的抗干擾性能的同時(shí)還具備低功耗的特性，從而使得藍(lán)牙技術(shù)在現(xiàn)有的基于語(yǔ)音傳輸應(yīng)用的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)展到物聯(lián)網(wǎng)及智能設(shè)備通信領(lǐng)域。
[0003]超低功耗藍(lán)牙技術(shù)中的一個(gè)重要特征是信標(biāo)(Beacon)概念的引入。通過(guò)使用加入信標(biāo)概念的低功耗藍(lán)牙技術(shù)，信標(biāo)基站可以創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)區(qū)域(Pan Area)，并在這個(gè)信號(hào)區(qū)域內(nèi)以一定的間隔、一定的信號(hào)強(qiáng)度和特定的數(shù)據(jù)格式，向所述信號(hào)區(qū)域內(nèi)所有支持藍(lán)牙4.0低功耗通訊標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)行廣播通訊。支持藍(lán)牙4.0低功耗通訊標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)入該信號(hào)區(qū)域時(shí)，相應(yīng)的應(yīng)用程序便會(huì)提示用戶是否需要接入這個(gè)信號(hào)區(qū)域的藍(lán)牙數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，接入之后，便可接收該信號(hào)區(qū)域的藍(lán)牙數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)所廣播的信息。
[0004]最廣義而且最簡(jiǎn)單的藍(lán)牙信標(biāo)基站在實(shí)現(xiàn)上并不困難，只要使用一顆合乎BLE標(biāo)準(zhǔn)的晶片，然后通過(guò)設(shè)定程序使其可以在某個(gè)藍(lán)牙服務(wù)中，定期發(fā)送一段特定格式的廣播信息即可。此時(shí)，接收設(shè)備端的應(yīng)用程序則通過(guò)掃描獲取該藍(lán)牙服務(wù)廣播的所有信息，然后再將獲得的這些廣播信息的內(nèi)容送到特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中去比對(duì)，最后根據(jù)比對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作。利用藍(lán)牙信標(biāo)基站可準(zhǔn)確地進(jìn)行室內(nèi)定位、定向廣告推送以及防丟防盜，隨著科技的發(fā)展和用戶需求的提高藍(lán)牙信標(biāo)基站的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
[0005]在上述藍(lán)牙信標(biāo)基站看似簡(jiǎn)單的流程中，有三個(gè)主要參數(shù)會(huì)影響使用者對(duì)于藍(lán)牙信標(biāo)應(yīng)用的使用體驗(yàn):一個(gè)是廣播信息的格式與內(nèi)容，第二是信息廣播的間隔密度，第三是廣播的信號(hào)強(qiáng)度。舉例來(lái)說(shuō)，蘋果公司的iBeacon的主要目的之一，是結(jié)合智能終端設(shè)備來(lái)提供區(qū)域商店的精準(zhǔn)推送廣告服務(wù)，或是進(jìn)行精準(zhǔn)的室內(nèi)定位。在該情境下，應(yīng)用程序多數(shù)會(huì)在后臺(tái)執(zhí)行對(duì)于iBeacon廣播信息的掃描。此時(shí)，廣播信息之間的間隔密度不宜太長(zhǎng)，這樣才不會(huì)影響應(yīng)用程序在后臺(tái)偵測(cè)iBeacon的反應(yīng)時(shí)間。這也就是為什么iBeacon規(guī)范中，對(duì)于廣播信息的間隔要求為不得超過(guò)0.15秒的原因。但是，廣播信息的間隔越短，信號(hào)強(qiáng)度就越高，耗電量也就越多，這對(duì)于信標(biāo)基站供電方式的設(shè)計(jì)以及信標(biāo)基站的體積設(shè)計(jì)，就會(huì)形成另外一種限制。這也就是為什么iBeacon的硬件在加入足夠的電池之后，都無(wú)法做得太小的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明針對(duì)藍(lán)牙信標(biāo)基站對(duì)于供電的要求，提出一種基于可再生能源模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站，本發(fā)明將負(fù)責(zé)廣播信標(biāo)信息的電子通訊模塊與可再生能源模塊結(jié)合起來(lái)，從而解決了藍(lán)牙信標(biāo)基站的供電問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明提出的一種基于可再生能源模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站包括:可再生能源模塊組、藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊和殼體，其中:所述殼體用于容納所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊和可再生能源模塊組；所述可再生能源模塊組與所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊連接，用于采集可再生能源，并將所述可再生能源的能量轉(zhuǎn)換為電能后進(jìn)行存儲(chǔ)，以為所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊供電；所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊用于發(fā)送信標(biāo)信息。
[0008]可選地，所述可再生能源模塊組包括一個(gè)或一個(gè)以上的可再生能源模塊。
[0009]可選地，所述可再生能源模塊包括:能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層，其中:所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層之間電連接；
[0010]所述能量采集層用于采集可再生能源，并將其轉(zhuǎn)化為以電能形式存在的能量；所述能量管理層用于將所述能量采集層采集得到的能量傳輸至所述能量存儲(chǔ)層進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)于所述能量采集層和能量存儲(chǔ)層的輸入或輸出以及可再生能源模塊的狀態(tài)進(jìn)行管理和控制，接收外部輸入信號(hào)及向外部輸出控制和狀態(tài)信號(hào)，并將所述能量存儲(chǔ)層存儲(chǔ)的電能輸出出去；所述能量存儲(chǔ)層配置有電能輸入和輸出端口，用于根據(jù)所述能量管理層的控制，通過(guò)電能輸入端口儲(chǔ)存接收到的能量，并通過(guò)電能輸出端口將能量輸出給所述能量管理層。
[0011]可選地，所述能量管理層包括冷啟動(dòng)電荷栗單元、電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元、充放電保護(hù)管理單元、最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元、備用能源管理單元、穩(wěn)壓輸出單元，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元和中央控制單元，其中:所述冷啟動(dòng)電荷栗單元用于在所述可再生能源模塊處于初始狀態(tài)時(shí)，提供聚能功能；所述電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于對(duì)于所述能量采集層輸出的電能參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，產(chǎn)生高電平充電脈沖信號(hào)以匹配所述能量存儲(chǔ)層對(duì)于存儲(chǔ)電能所需參數(shù)的要求；所述充放電保護(hù)管理單元用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述能量存儲(chǔ)層的工作電壓，根據(jù)所述能量存儲(chǔ)層的工作電壓值，控制所述能量存儲(chǔ)層的充電輸入或放電輸出；所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元用于利用最大功率點(diǎn)跟蹤控制所述能量采集層的輸出電壓，以提高所述能量采集層的輸出效率；所述備用能源管理單元用于監(jiān)測(cè)外界可再生能源及所述可再生能源模塊應(yīng)用的系統(tǒng)中存在的多種備用電能的強(qiáng)度，并記錄監(jiān)測(cè)結(jié)果以為所述中央控制單元的能源智能切換提供決策參數(shù)；所述穩(wěn)壓輸出單元用于對(duì)于所述能量存儲(chǔ)層的輸出進(jìn)行穩(wěn)壓和調(diào)壓操作以達(dá)到工作電壓的要求；所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元用于對(duì)于整個(gè)可再生能源模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把監(jiān)測(cè)所得到的數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式發(fā)送出去；所述中央控制單元與各個(gè)單元連接，用于在多種備用能量源之間進(jìn)行智能切換，并對(duì)所述各個(gè)單元進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。
[0012]可選地，所述能量采集層包括一層或多層能量采集子層，和/或所述能量管理層包括一層或多層能量管理子層，和/或所述能量存儲(chǔ)層包括一層或多層能量存儲(chǔ)子層，每一能量采集子層和能量存儲(chǔ)子層均分別與所述能量管理子層相應(yīng)電連接。
[0013]可選地，利用基于聚酰亞胺材料的通用基底將所述可再生能源模塊的各膜層結(jié)合在一起。
[0014]可選地，所述可再生能源模塊還包括外部封裝層，用于對(duì)于所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層進(jìn)行封裝包裹。
[0015]可選地，所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊與所述可再生能源模塊中的能量管理層共用同一塊電路板。
[0016]可選地，所述可再生能源模塊組具備柔性性質(zhì)，柔性可再生能源模塊組可移動(dòng)地置于所述殼體所形成的容納空間內(nèi)。
[0017]可選地，還包括指示模塊，所述指示模塊與所述可再生能源模塊組連接，用于指示所述可再生能源模塊組的電量信息。
[0018]根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出的藍(lán)牙信標(biāo)基站具有以下有益效果:
[0019]1、解決藍(lán)牙信標(biāo)基站的持續(xù)供電問(wèn)題；
[0020]2、提高藍(lán)牙信標(biāo)基站的廣播頻率，縮短廣播信息的間隔；
[0021]3、提高藍(lán)牙信標(biāo)基站的廣播信號(hào)強(qiáng)度，擴(kuò)大廣播的覆蓋范圍；
[0022]4、減小藍(lán)牙信標(biāo)基站的體積；
[0023]5、減少藍(lán)牙信標(biāo)基站的安裝和維護(hù)費(fèi)用；
[0024]6、降低藍(lán)牙信標(biāo)基站的單位制作成本。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明基于可再生能源模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是蘋果公司定義的低功耗藍(lán)牙設(shè)備廣播數(shù)據(jù)包格式示意圖；
[0027]圖3根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的能量管理層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是將能量采集層輸出的低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成高電壓脈沖信號(hào)的示意圖；
[0030]圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于光能的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0032]圖8是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于壓電能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0033]圖9是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于熱電能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0034]圖10是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于電磁感應(yīng)能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0035]圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖13是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖14是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的各膜層的結(jié)合示意圖；
[0039]圖15是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的各膜層的結(jié)合示意圖；
[0040]圖16是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的藍(lán)牙信標(biāo)基站的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖17是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的帶有指示模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站的外觀示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]藍(lán)牙信標(biāo)的概念(beacon)實(shí)際上是來(lái)自于藍(lán)牙4.0協(xié)議中的低能耗(BLE)協(xié)議中的廣播信道及其相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包格式的一種特殊應(yīng)用。藍(lán)牙低能耗(BLE)協(xié)議中的通訊雙方可分為主從(master-slave)兩個(gè)角色。雙方的通訊是從從屬一方在廣播信道(advertising channel)上發(fā)布公告信息開始的，主方(master)收到公告信息后，可根據(jù)公告信息的內(nèi)容與相應(yīng)的從屬一方建立連接，從而展開信息交換。信標(biāo)就是利用了從屬一方廣播特定信息的功能，得到廣播信息后并不建立與從屬方的連接，而是把得到的信息與后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以獲得與當(dāng)前進(jìn)行廣播的從屬方有關(guān)的信息。習(xí)慣上，稱正在進(jìn)行廣播的從屬方為信標(biāo)(beacon)，例如可以利用信標(biāo)來(lái)進(jìn)行室內(nèi)定位，這里可以在室內(nèi)不同的位置放置信標(biāo)設(shè)備，當(dāng)用戶進(jìn)入此區(qū)域內(nèi)時(shí)，用戶的手機(jī)或其他智能終端設(shè)備可以接收到某一特定信標(biāo)所發(fā)出的廣播信息，此時(shí)用戶可以根據(jù)此信標(biāo)的特定標(biāo)識(shí)，到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中索引此信標(biāo)的室內(nèi)物理坐標(biāo)，從而達(dá)到室內(nèi)定位的目的。
[0044]圖1是本發(fā)明基于可再生能源模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述基于可再生能源模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站包括可再生能源模塊組、藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊2和殼體3，其中:
[0045]所述殼體3用于容納所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊2和可再生能源模塊組；
[0046]所述可再生能源模塊組與所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊連接，用于采集可再生能源，并將所述可再生能源的能量轉(zhuǎn)換為電能后進(jìn)行存儲(chǔ)，以為所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊供電；
[0047]所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊用于發(fā)送信標(biāo)信息。
[0048]其中，所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊可采用市場(chǎng)上通用的支持藍(lán)牙4.0協(xié)議以上的藍(lán)牙通訊模塊。
[0049]其中，所述信標(biāo)信息可使用蘋果公司定義的低功耗藍(lán)牙設(shè)備廣播數(shù)據(jù)包格式(iBeacon)，如圖2所示，也可使用其他符合低功耗藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的廣播數(shù)據(jù)包格式，具體的廣播數(shù)據(jù)包格式可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況而定，本發(fā)明對(duì)其不作任何限定。其中，所述可再生能源模塊組包括一個(gè)或一個(gè)以上的可再生能源模塊1，圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可再生能源模塊I的截面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，每一個(gè)可再生能源模塊I進(jìn)一步包括能量采集層
11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13，其中:
[0050]所述能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13之間電連接；
[0051]所述能量采集層11用于采集可再生能源，并將其轉(zhuǎn)化為以電能形式存在的能量；
[0052]其中，所述可再生能源至少包括光能(Photovoltaic Energy)、壓電能量(Piezoelectric Energy)、熱電能量(Thermoelectric Energy)、電磁感應(yīng)能量(Magneticinduct1n Energy)、人體動(dòng)能能量(Kinetic Energy)、生物電能量(B1-energy)、環(huán)境噪音能量(Environment Noise Energy)中的一種或幾種，具體地，所述光能包括室外日照和室內(nèi)照明產(chǎn)生的光能；壓電包括震動(dòng)和壓力變形產(chǎn)生的能量；熱電包括人體環(huán)境溫差和物體溫差產(chǎn)生的能量；電磁感應(yīng)包括由于震動(dòng)產(chǎn)生的切割磁力線效應(yīng)、無(wú)線信號(hào)源和電磁干擾產(chǎn)生的能量；所述人體動(dòng)能能量包括利用人體動(dòng)能產(chǎn)生的能量；所述生物電能量包括利用生物電的方式產(chǎn)生的能量；所述環(huán)境噪音能量包括利用環(huán)境噪音產(chǎn)生的能量。
[0053]所述能量管理層12用于將所述能量采集層11采集得到的能量傳輸至所述能量存儲(chǔ)層13進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)于所述能量采集層11和能量存儲(chǔ)層13的輸入或輸出以及所述可再生能源模塊I的狀態(tài)進(jìn)行管理和控制，接收外部輸入信號(hào)及向外部輸出控制和狀態(tài)信號(hào)，并將所述能量存儲(chǔ)層13存儲(chǔ)的電能輸出出去；
[0054]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的能量管理層12的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述能量管理層12包括冷啟動(dòng)電荷栗單元(Cold Start ChargePump Unit)、電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元(Power Boost Unit)、充放電保護(hù)管理單元(BatteryController Unit)、最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元(MPPT Controller Unit)、備用能源管理單元(Backup Power Controller Unit)、穩(wěn)壓輸出單元(Low Dropout Regulator Unit)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元(Sensing and Communicat1n Unit)和中央控制單元，其中:
[0055]所述冷啟動(dòng)電荷栗單元用于在所述可再生能源模塊處于初始狀態(tài)，即內(nèi)部零能源狀態(tài)時(shí)，提供聚能功能，即對(duì)所述冷啟動(dòng)電荷栗單元內(nèi)部的電容進(jìn)行充電，以提供初始能量源；
[0056]所述電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于對(duì)于所述能量采集層11輸出的電能參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，產(chǎn)生高電平充電脈沖以匹配所述能量存儲(chǔ)層13對(duì)于存儲(chǔ)電能所需參數(shù)的要求；
[0057]具體地，由于所述能量采集層11輸出的電能參數(shù)往往與所述能量存儲(chǔ)層13所需要的充電參數(shù)不匹配，例如，如果所述能量采集層11為光伏膜，并在光照強(qiáng)度為500LUX時(shí)采集并轉(zhuǎn)換得到的輸出電能參數(shù)分別為1.1V和?0.39mA，而當(dāng)所述能量存儲(chǔ)層13為固態(tài)鋰離子充電膜時(shí)，其充電所需的電能參數(shù)則為4.2V和>0.1mA，很明顯，兩者并不匹配。為了能夠把所述能量采集層11采集得到的能量存儲(chǔ)到所述能量存儲(chǔ)層13，所述電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元需要對(duì)于所述能量采集層11輸出的電能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足所述能量存儲(chǔ)層13對(duì)于充電參數(shù)的要求，比如，將所述能量采集層11輸出的低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成高電壓脈沖信號(hào)，如圖5所示，圖5中，Vh表示所述能量采集層11輸出信號(hào)的電壓，V。表示所述能量存儲(chǔ)層13所要求的充電電壓，Vp表示經(jīng)過(guò)所述電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后得到的脈沖信號(hào)的電壓。
[0058]所述充放電保護(hù)管理單元用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述能量存儲(chǔ)層13的工作電壓，根據(jù)所述能量存儲(chǔ)層13的工作電壓值，控制所述能量存儲(chǔ)層13的充電輸入或放電輸出，即為所述能量存儲(chǔ)層13的過(guò)度充放電提供動(dòng)態(tài)保護(hù)；
[0059]具體地，所述能量存儲(chǔ)層13在充電完成后即達(dá)到最高工作電壓，此時(shí)如果繼續(xù)向所述能量存儲(chǔ)層13進(jìn)行充電，將會(huì)對(duì)其造成不可挽回的損壞，即所謂的過(guò)度充電；另一方面，所述能量存儲(chǔ)層13在持續(xù)放電后其工作電壓將會(huì)低于最低容許電壓，此時(shí)如果繼續(xù)放電，也將會(huì)對(duì)所述能量存儲(chǔ)層13造成不可挽回的損壞，為了避免由于過(guò)度充放電對(duì)于所述能量存儲(chǔ)層13造成的損壞，所述充放電保護(hù)管理單元將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述能量存儲(chǔ)層13的工作電壓，當(dāng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)所述能量存儲(chǔ)層13的工作電壓高于最高工作電壓，或者低于最低容許電壓時(shí)，則立即斷開所述能量存儲(chǔ)層13的充電輸入(防止過(guò)度充電)或放電輸出(防止過(guò)度放電)。
[0060]所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元用于利用最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power PointTracking,MPPT)控制所述能量采集層11的輸出電壓，以提高所述能量采集層11的輸出效率;
[0061]最大功率點(diǎn)跟蹤是指，可再生能源采集的功率輸出在某一特定輸出電壓時(shí)會(huì)達(dá)到最大，通常把這一特定電壓點(diǎn)稱作最大功率點(diǎn)，其中，不同可再生能源的最大功率點(diǎn)會(huì)有所不同，比如對(duì)于光伏可再生能源，其最大功率點(diǎn)一般在開路電壓的70% -80%之間，其中，開路電壓是指可再生能源在輸出電路斷開(即沒(méi)有負(fù)載)的情況下所測(cè)得的輸出電壓；對(duì)于熱能可再生能源，其最大功率點(diǎn)一般在開路電壓的60%-70%之間。而MPPT的目的就是保證所述能量采集層11在工作時(shí)的輸出電壓穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)。以光伏可再生能源為例，假設(shè)光伏可再生能源采集層的開路電壓為1.2V，經(jīng)過(guò)換算，可以得知其最大功率點(diǎn)的輸出電壓為1.2*80%= 0.96V，那么MPPT控制電路就會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)自身的負(fù)載阻抗(其中，MPPT控制電路與所述能量采集層11形成連接，MPPT控制電路可以認(rèn)為是負(fù)載部分)，來(lái)控制所述能量采集層11的輸出電壓，從而使所述能量采集層11的輸出電壓穩(wěn)定在0.96V。根據(jù)實(shí)驗(yàn)比較計(jì)算，MPPT可以使所述能量采集層11的輸出效率提高30% -40%。
[0062]所述穩(wěn)壓輸出單元用于對(duì)于所述能量存儲(chǔ)層13的輸出進(jìn)行穩(wěn)壓和調(diào)壓操作以達(dá)到工作電壓的要求，在應(yīng)用系統(tǒng)中，通常對(duì)工作電壓有著不同的要求，而且在一定的電流范圍內(nèi)，電壓需要保持不變，所述穩(wěn)壓輸出單元就是用來(lái)保證可再生能源模塊的輸出電壓滿足系統(tǒng)工作電壓的要求。
[0063]所述備用能源管理單元用于監(jiān)測(cè)外界可再生能源及所述可再生能源模塊應(yīng)用的系統(tǒng)中存在的多種備用電能的強(qiáng)度，并記錄監(jiān)測(cè)結(jié)果以為所述中央控制單元的能源智能切換提供決策參數(shù)，從而優(yōu)化可再生能源能量轉(zhuǎn)換的效率；
[0064]所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元用于對(duì)于整個(gè)可再生能源模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把監(jiān)測(cè)所得到的數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式發(fā)送出去，在以物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算為特點(diǎn)的應(yīng)用中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量使用狀態(tài)可以通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析；
[0065]所述中央控制單元與上述各個(gè)單元，即與所述冷啟動(dòng)電荷栗單元、電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元、充放電保護(hù)管理單元、最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元、備用能源管理單元、穩(wěn)壓輸出單元和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元連接，用于在多種備用能量源之間進(jìn)行智能切換，并對(duì)上述各個(gè)單元進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，從而保證所述能源采集層11和能源存儲(chǔ)層13能夠正常地工作和運(yùn)行。
[0066]所謂能量源智能切換是指，所述充電裝置還可利用除可再生能源之外的電能來(lái)源來(lái)儲(chǔ)存能量，比如，所述充電裝置的自備電池或外接直流電源，所述中央控制單元可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的情況，動(dòng)態(tài)地選擇電能來(lái)源來(lái)儲(chǔ)存能量。比如，假設(shè)所述充電裝置附近存在備用電池或外接直流電源，則所述中央控制單元可以在外界有光照等可再生能源的時(shí)候選擇由所述可再生能源模塊來(lái)儲(chǔ)存能量，在晚間等沒(méi)有光照或其他可再生能源的時(shí)候，如果所述可再生能源模塊存儲(chǔ)的能量不能夠滿足供電需要時(shí)，所述中央控制單元就會(huì)選擇備用電池或外接直流電源來(lái)儲(chǔ)存能量。
[0067]需要說(shuō)明的是，圖4中對(duì)于能量管理層結(jié)構(gòu)的描述只是一種邏輯上的功能描述，其不對(duì)能量管理層的具體實(shí)現(xiàn)作出限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要確定具體實(shí)現(xiàn)方式，比如可以采用SoC (System on Chip)的方式實(shí)現(xiàn)所述能量管理層，也可以采用使用不同電子元件和連接電路的方式實(shí)現(xiàn)所述能量管理層，本發(fā)明對(duì)于這一點(diǎn)不作任何限定。
[0068]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述能量管理層12由電子元件、控制芯片和安裝所述電子元件與控制芯片的電路板組成，進(jìn)一步地，所述電路板又分為柔性電路板和非柔性電路板(比如普通FR-4電路板)。與非柔性電路板相比，柔性電路板具有體積小、重量輕、厚度薄，柔性的特點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中，除非對(duì)于電路板的強(qiáng)度有特殊的要求，所述電路板通常采用柔性電路板。
[0069]在本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述能量管理層12為柔性光能調(diào)節(jié)印制電路。
[0070]如上所述，所述能量管理層12也可采用其他控制電路，對(duì)此本發(fā)明不作具體限制，所有能夠?qū)崿F(xiàn)上述能量管理層12的功能的控制電路均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0071]所述能量存儲(chǔ)層13配置有電能輸入和輸出端口，用于根據(jù)所述能量管理層12的控制，通過(guò)電能輸入端口將接收到的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，并通過(guò)電能輸出端口將能量輸出給所述能量管理層12，以備后續(xù)為后級(jí)負(fù)載提供能量。
[0072]其中，所述能量存儲(chǔ)層13為能量?jī)?chǔ)存裝置，比如超薄鋰離子聚合物、固態(tài)鋰離子充電膜等可充放電類儲(chǔ)電單元，其中，所述固態(tài)鋰離子充電膜的無(wú)記憶充放電次數(shù)> 5000次，放電區(qū)間為4.2-2.6伏。
[0073]當(dāng)然，所述能量存儲(chǔ)層13也可采用其他能量?jī)?chǔ)存裝置，對(duì)此本發(fā)明不作具體限制，所有能夠進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存的裝置或元件均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0074]在本發(fā)明一實(shí)施例中，比如當(dāng)所述可再生能源模塊設(shè)置于所應(yīng)用系統(tǒng)的外部，則所述可再生能源模塊還包括外部封裝層10，如圖6所示，所述外部封裝層10對(duì)于所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層進(jìn)行封裝包裹，相反地，如果所述可再生能源模塊設(shè)置于所應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部，則所述外部封裝層10可以省去。
[0075]所述外部封裝層10對(duì)于所述能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13等中間層進(jìn)行封裝包裹，以形成所述可再生能源模塊，其中，所述外部封裝層10封裝包裹的內(nèi)部空間呈真空壓緊狀態(tài)，所述外部封裝層10不僅能夠使可再生能源通過(guò)，而且還能夠起到固定壓緊中間層、防水、防塵、防化學(xué)污染的作用。
[0076]其中，所述外部封裝層10配置有電信號(hào)輸入/輸出(I/O)接口，所述電信號(hào)輸入/輸出(I/O)接口與內(nèi)部所述能量管理層12電連接，分別用于接收外部輸入信號(hào)或輸出內(nèi)部信號(hào)，其中，所述外部輸入信號(hào)包括但不限于備用電源的輸入信號(hào)、外部系統(tǒng)狀態(tài)和控制輸入信號(hào)等信號(hào)；所述內(nèi)部信號(hào)包括但不限于電能輸出信號(hào)、所述可再生能源模塊的狀態(tài)和控制輸出信號(hào)等信號(hào)。
[0077]其中，對(duì)于不同的可再生能源，所述外部封裝層10的制作工藝及使用材料均有所不同，具體將在下文中進(jìn)行說(shuō)明。
[0078]通常情況下，為了減少電路走線的長(zhǎng)度，可將所述能量管理層12放置于所述能量采集層11和能量存儲(chǔ)層13的中間。
[0079]上文提及，本發(fā)明可再生能源模塊可采集光能、壓電能量、熱電能量、電磁感應(yīng)能量、人體動(dòng)能能量、生物電能量、環(huán)境噪音能量等可再生能源，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換、管理和存儲(chǔ)，并在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)設(shè)備提供電能，但是對(duì)于不同類型的可再生能源，能量采集層11的選用有所不同，接下來(lái)分別針對(duì)光能、壓電能量、熱電能量、電磁感應(yīng)能量等四種已經(jīng)具備商業(yè)化和規(guī)模產(chǎn)量的可再生能源，對(duì)于其相應(yīng)的能量采集層11的設(shè)置一一進(jìn)行說(shuō)明。
[0080]對(duì)于光能，所述能量采集層11可以采用可采集光子能量的發(fā)電單元(Photovoltaic Energy Harvesting Unit)，比如砷化鎵光伏膜等光伏發(fā)電單元，其厚度在110um+-40um之間，砷化鎵半導(dǎo)體材料與傳統(tǒng)的硅材料相比，其電子移動(dòng)率為硅材料的5.7倍，它具有高光子轉(zhuǎn)化率、高電子迀移率、寬禁帶、直接帶隙以及消耗功率低等特性。采用砷化鎵光伏膜作為能量采集層11，可高效地采集外界環(huán)境中的光能。
[0081]另外，所述砷化鎵光伏膜超薄且具有柔性，其厚度僅為數(shù)微米，因此，無(wú)論在室內(nèi)還是室外均可適用。
[0082]進(jìn)一步地，所述砷化鎵光伏膜可為單結(jié)(光轉(zhuǎn)化效率為28.8 % )或雙結(jié)(光轉(zhuǎn)化效率為30.8% )太陽(yáng)能電池片。
[0083]圖7是本發(fā)明基于光能的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖，如圖7所示，對(duì)于基于光能的可再生能源模塊，能量采集層11 (砷化鎵光伏膜)收集外界環(huán)境中的光能，并將收集得到的光能轉(zhuǎn)換為電能，然后經(jīng)能量管理層12的管理和控制儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)層13中，以在需要的時(shí)候?yàn)楹蠹?jí)負(fù)載提供能量。
[0084]當(dāng)然，所述能量采集層11也可采用其他可采集光子能量的發(fā)電單元，對(duì)此本發(fā)明不作具體限制，所有能夠有效采集光子能量的發(fā)電元件均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0085]需要特別說(shuō)明的是，對(duì)于采集光能的可再生能源模塊，需要封裝時(shí)，位于能量采集層一側(cè)的外部封裝層10使用的封裝材料應(yīng)具備良好的透光性，即，所述外部封裝層10的制作材料不能阻礙波長(zhǎng)在350nm-850nm之間的光線的通過(guò)；對(duì)于具有柔軟超薄特征的可再生能源模塊，所述外部封裝層10的厚度最好不要超過(guò)被封裝物體厚度的20% -30%。
[0086]對(duì)于壓電能量，所述能量采集層11可以采用具有壓電能量采集功能的發(fā)電單元(Piezoelectric Energy Harvesting Unit)，比如壓電震動(dòng)發(fā)電膜，其厚度在 410um+_40um之間，所述微電震動(dòng)發(fā)電膜能夠在存在變形彎曲、震動(dòng)等的情況下產(chǎn)生電流。圖8是本發(fā)明基于壓電能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖，如圖8所示，對(duì)于基于壓電能量的可再生能源模塊，能量采集層11 (壓電震動(dòng)發(fā)電膜)收集外界環(huán)境中由于變形彎曲、震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能，并將收集得到的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，然后經(jīng)能量管理層12的管理和控制儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)層13中，以在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)負(fù)載提供能量。
[0087]當(dāng)然，所述能量采集層11也可采用其他可采集壓電能量的發(fā)電單元，對(duì)此本發(fā)明不作具體限制，所有能夠有效采集壓電能量的發(fā)電元件均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0088]需要特別說(shuō)明的是，對(duì)于采集壓電能量的可再生能源模塊，需要封裝時(shí)，所述外部封裝層10使用的制作材料需要具備良好的延展性，不能對(duì)震動(dòng)源產(chǎn)生屏蔽作用；對(duì)于具有柔軟超薄特征的可再生能源模塊，所述外部封裝層10的厚度最好不要超過(guò)被封裝物體厚度的 10% -15%。
[0089]對(duì)于熱電能量，所述能量采集層11可以采用具有熱電能量采集功能的發(fā)電單元(Thermoelectric Energy Harvesting Unit)，比如熱電發(fā)電膜等熱電發(fā)電單元，其厚度在600un+-40un之間，所述熱電發(fā)電膜能夠在存在溫差的情況下產(chǎn)生電流。
[0090]具體地，所述熱電發(fā)電膜通過(guò)熱電效應(yīng)(Thermoelectric Effect)利用介質(zhì)兩面的溫差來(lái)產(chǎn)生電流。目前熱電發(fā)電膜處于從理論向商業(yè)化產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的階段，對(duì)于所述熱電發(fā)電膜的介紹，可參見(jiàn)以下鏈接:http://ieeexplore.1eee.0rg/xpl/login.jsp ? tp =&arnumber = 6576100&url = http% 3A% 2F% 2Fieeexplore.1eee.0rg% 2Fxpls% 2Fabs_all.jsp % 3Farnumber % 3D657610 0 和 http://www.perpetuapower.com/technology,htm。圖9是本發(fā)明基于熱電能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖，如圖9所示，對(duì)于基于熱電能量的可再生能源模塊，能量采集層11 (熱電發(fā)電膜)收集外界環(huán)境中由于高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g的溫差產(chǎn)生的熱能，并將收集得到的熱能轉(zhuǎn)換為電能，然后經(jīng)能量管理層12的管理和控制儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)層13中，以在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)負(fù)載提供能量。
[0091]當(dāng)然，所述能量采集層11也可采用其他可采集熱電能量的發(fā)電單元，對(duì)此本發(fā)明不作具體限制，所有能夠有效采集熱電能量的發(fā)電元件均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0092]需要特別說(shuō)明的是，對(duì)于采集熱能的可再生能源模塊，需要封裝時(shí)，位于能量采集層一側(cè)的外部封裝層10使用的制作材料應(yīng)具備良好的熱傳導(dǎo)性，比如導(dǎo)熱系數(shù)λ不小于100ff/m.K的制作材料，如果所使用的制作材料達(dá)不到所要求的上述導(dǎo)熱系數(shù)，可以通過(guò)在外部封裝層10的表面開孔或者降低外部封裝層10厚度的方法來(lái)提高其熱傳導(dǎo)效率?？蛇x地，在所述可再生能源模塊與熱源體接觸的一面不進(jìn)行封裝，即不設(shè)置封裝層；對(duì)于具有柔軟超薄特征的可再生能源模塊，所述外部封裝層10的厚度最好不要超過(guò)被封裝物體厚度的 10% -15%。
[0093]對(duì)于電磁感應(yīng)能量，所述能量采集層11采用可采集電磁感應(yīng)能量的發(fā)電單元(Electromagnetic Energy Harvesting Unit)，比如電磁感應(yīng)發(fā)電膜等電磁感應(yīng)發(fā)電單元，其厚度在200um+-40um之間，所述電磁感應(yīng)發(fā)電膜能夠在感應(yīng)電磁場(chǎng)下產(chǎn)生電流。
[0094]其中，可采集電磁感應(yīng)能量的薄膜的工作原理與近場(chǎng)通信(NFC)的天線功能類似，即利用電路板上走線(比如銅線)組成的線圈在外界電磁場(chǎng)感應(yīng)下產(chǎn)生電流，其產(chǎn)生電流的強(qiáng)度與外界感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度、線圈的繞數(shù)及面積有關(guān)。另外，由于同為電路板制成，為了簡(jiǎn)化所述可再生能源模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可將采集電磁感應(yīng)能量的薄膜與所述能源管理層12合并，比如，在所述能源管理層12的柔性電路板的外圍由銅走線形成多條感應(yīng)線圈，在柔性電路板的內(nèi)部布置所述能源管理層12所需要的電子元件和芯片。
[0095]圖10是本發(fā)明基于電磁感應(yīng)能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖，如圖10所示，對(duì)于基于電磁感應(yīng)能量的可再生能源模塊，能量采集層11 (電磁感應(yīng)發(fā)電膜)受到外部磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電磁能(Ambient-radiat1n)，比如所述能量采集層11從其他無(wú)線信號(hào)或無(wú)線干擾信號(hào)中獲得電磁能量，或通過(guò)震動(dòng)在所包裹的磁芯周圍產(chǎn)生切割磁力線的效應(yīng)而產(chǎn)生電磁能，并將收集得到的電磁能轉(zhuǎn)換為電能，然后經(jīng)能量管理層12的管理和控制儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)層13中，以在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)負(fù)載提供能量。
[0096]當(dāng)然，所述能量采集層11也可采用其他可采集電磁感應(yīng)能量的發(fā)電單元，對(duì)此本發(fā)明不作具體限制，所有能夠有效采集電磁感應(yīng)能量的發(fā)電元件均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0097]需要特別說(shuō)明的是，對(duì)于采集電磁感應(yīng)能量的可再生能源模塊，需要封裝時(shí)，所述外部封裝層10使用的制作材料不能對(duì)電磁信號(hào)有屏蔽作用；對(duì)于具有柔軟超薄特征的可再生能源模塊，所述外部封裝層10的厚度最好不要超過(guò)被封裝物體厚度的10% -15%。
[0098]圖11和圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖，該實(shí)施例中的可再生能源模塊與上文中的實(shí)施例的可再生能源模塊的結(jié)構(gòu)大體相同，而且外部封裝層10、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13的結(jié)構(gòu)和特征與上文中的實(shí)施例相同或相似，只是在該實(shí)施例中，所述能量采集層11包括兩層或多層能量采集子層，每一能量采集子層均與所述能量管理層12電連接，其中，所述多層能量采集子層可以相同，也可以不同，其可為光能能量采集子層、壓電能量采集子層、熱電能量采集子層、電磁感應(yīng)能量采集子層中的任意一種。但是需要注意的是，所述多層能量采集子層根據(jù)各能量采集子層的特性進(jìn)行放置，比如，電磁感應(yīng)能量采集子層和壓電能量采集子層不需要與所采集的能源直接接觸，其可以放置于中間位置，而光能能量采集子層和熱電能量采集子層需要與采集能源直接接觸，則需要放置于外部位置，在滿足上述前提下，具備相同或相似特性的能量采集子層可順序疊放。比如，具備相同或相似特性的多層能量采集子層(111、112、113)依次疊放在所述能量管理層12的上方，如圖11所示，或者依次穿插設(shè)置在外部封裝層10、能量管理層12、能量存儲(chǔ)層13之間，如圖12所示，再或者是其他疊放形式。
[0099]需要說(shuō)明的是，圖11和圖12只是示例性的示出多層能量采集子層的放置位置，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解，在實(shí)際應(yīng)用中，在遵守上述能量采集原則的前提下，各能量采集子層可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要進(jìn)行放置，本發(fā)明對(duì)于各能量采集子層的放置位置不作具體的限制，所有合理地、可能的放置方式均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0100]在該實(shí)施例中，包括多層能量采集子層的可再生能源模塊可同時(shí)或加倍收集外界環(huán)境中的光能、由于變形彎曲、震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能、由于高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g的溫差產(chǎn)生的熱能和/或電磁能，并將收集得到的光能、機(jī)械能、熱能和/或電磁能轉(zhuǎn)換為電能，然后經(jīng)能量管理層12的管理和控制儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)層13中，以在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)負(fù)載提供會(huì)ti。
[0101]圖13是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖，在該實(shí)施例中，所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層均為兩層或多層，且順序交叉疊放，并封裝于外部封裝層10的內(nèi)部，每一能量采集子層和能量存儲(chǔ)子層均與相應(yīng)能量管理子層電連接，其中，所述外封裝層10的結(jié)構(gòu)和特征均與上文中的實(shí)施例相同或相似，在此不再贅述。
[0102]在圖13所示的實(shí)施例中，所述可再生能源模塊包括三層能量采集子層(111、112、113)、三層能量管理子層(121、122、123)和三層能量存儲(chǔ)子層(131、132、133)，其中，每一能量采集子層可以相同，也可以不同，其可為光能能量采集層、壓電能量采集層、熱電能量采集層、電磁感應(yīng)能量采集層中的任意一種，但是在放置時(shí)，需考慮上文提及的各能量采集層的特性。
[0103]在該實(shí)施例中，分別包括兩層或多層功能層的可再生能源模塊可同時(shí)或加倍收集外界環(huán)境中的光能、由于變形彎曲、震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能、由于高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g的溫差產(chǎn)生的熱能和/或電磁能，并將收集得到的光能、機(jī)械能、熱能和/或電磁能轉(zhuǎn)換為電能，然后分別經(jīng)相應(yīng)能量管理層的管理和控制儲(chǔ)存在相應(yīng)的能量存儲(chǔ)層中，以在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)負(fù)載提供能量。
[0104]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13通過(guò)基于聚酰亞胺(Polyimide)材料的通用基底(Common Usage of Polyimide Substrate)相結(jié)合，以形成所述可再生能源模塊。
[0105]聚酰亞胺(Polyimide，PI)是一類具有酰亞胺重復(fù)單元的聚合物，具有適用溫度廣、耐化學(xué)腐蝕、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。鑒于聚酰亞胺優(yōu)良的物理穩(wěn)定性和絕緣特性，已越來(lái)越多的被采用作為可再生能源采集產(chǎn)品的基底材料，例如柔軟光伏膜的基底層(PolyimideSubstrate of Flexible Photovoltaics)，具體可參見(jiàn)以下鏈接所指向的內(nèi)容:http://www.dupont.com/content/dam/assets/products-and-services/solar-photovoltaic-materials/assets/dec-Kapton-for-PV.pdf。另外，由于聚酰亞胺層具有良好的機(jī)械延展性和拉伸強(qiáng)度，能夠有助于提高聚酰亞胺層以及聚酰亞胺層與上面沉積的金屬層之間的粘合，因此成為柔性電路板制作中不可缺少的材料。通常來(lái)說(shuō)，柔性印刷電路板主要由五部分組成:基板，常用的材料為聚酰亞胺(PI);銅箔，分為電解銅與壓延銅兩種；接著劑，一般采用0.5mil環(huán)氧樹脂熱固膠；保護(hù)膜，表面絕緣用，常用的材料為聚酰亞胺(PI);補(bǔ)強(qiáng)，用于加強(qiáng)柔性印刷電路板的機(jī)械強(qiáng)度，由這五部分組成的柔性印刷電路板是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的柔性板，叫做單層柔性板。再者，基于聚酰亞胺基底的柔軟膠片固態(tài)電池(Usage ofPolyimide Substrate in thin film solid state batteries)可以大大降低電池的厚度同時(shí)提供良好的柔軟性，是目前被廣泛使用的膠片固態(tài)電池的基底材料。
[0106]通過(guò)上文對(duì)于聚酰亞胺基底的物理特性及其應(yīng)用的描述可以發(fā)現(xiàn)，聚酰亞胺基底在本發(fā)明可再生能源模塊的能量采集層、能量管理層以及能量存儲(chǔ)層所對(duì)應(yīng)的獨(dú)立產(chǎn)品中都可以作為基底層存在，因此，在本發(fā)明一實(shí)施例中，使用基于聚酰亞胺材料的通用基底實(shí)現(xiàn)本發(fā)明可再生能源模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的融合，使之成為獨(dú)立且統(tǒng)一的模塊。
[0107]圖14是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的各膜層的結(jié)合示意圖，圖14中，所述能量采集層
11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13共用一塊通用基底15，從圖14中可以看出，所述能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13通過(guò)基于聚酰亞胺材料的通用基底15融合為一體，形成了所述可再生能源模塊。實(shí)際上，在該實(shí)施例中，通過(guò)所述通用基底15將能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13融合為一體后，所述通用底層15已經(jīng)成為了它們共有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一部分。
[0108]另外，需要說(shuō)明的是，在該實(shí)施例中，所述能量管理層12需選用柔性電路板。
[0109]當(dāng)然，圖14只是對(duì)于能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13結(jié)合方式的一種示例性說(shuō)明，其并不是通用基底在可再生能源模塊中的唯一結(jié)合方式，比如，對(duì)于電磁感應(yīng)采集層等沒(méi)有基底的能量采集層2來(lái)說(shuō)，通用基底只存在于能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13之間，如圖15所示，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于通用基底的連接對(duì)象以及其自身的存在形式，本領(lǐng)域技術(shù)人員均可根據(jù)需求靈活設(shè)置。另外，圖14和圖15只是對(duì)于單一能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層的通用基底進(jìn)行示例性的說(shuō)明，對(duì)于兩層或多層能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)，可以此類推。
[0110]需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例僅為示意性的說(shuō)明，除了上述實(shí)施例所提及的情況，所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)選擇和放置方式還有很多，比如，當(dāng)需要更大的能量存儲(chǔ)空間來(lái)儲(chǔ)存收集到的能量時(shí)，可僅將能量存儲(chǔ)層設(shè)置為兩層或多層；當(dāng)存在兩層或多層的能量采集子層時(shí)，為了對(duì)于每一能量采集子層分別進(jìn)行管理，可設(shè)置與能量采集子層的層數(shù)相對(duì)應(yīng)的能量管理子層和/或能量存儲(chǔ)子層；另外，當(dāng)存在兩層或多層的能量采集子層、能量管理子層和能量存儲(chǔ)子層時(shí)，他們既可順序疊加放置，也可交叉放置，只要每一能量采集子層和能量存儲(chǔ)子層均分別與所述能量管理子層相應(yīng)電連接即可。總之，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際需求的不同，靈活地更改和設(shè)置每一膜層的厚度、各個(gè)膜層的排列組合方式、放置方式甚至封裝方法，本發(fā)明對(duì)此不作任何限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的所有可能的修改、等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0111]另外，在能量管理層12采用柔性電路板、其他各膜層采用柔性薄膜的情況下，本發(fā)明可再生能源模塊I為柔性的，即具備柔性性質(zhì)。
[0112]當(dāng)所述可再生能源模塊組包括一個(gè)以上的可再生能源模塊I時(shí)，一個(gè)以上的可再生能源模塊I互相之間可以電連接，也可以彼此獨(dú)立存在，但獨(dú)立的一個(gè)以上的可再生能源模塊I均通過(guò)各自配置的外部接口與所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊2連接。另外，當(dāng)所述可再生能源模塊組包括一個(gè)以上的可再生能源模塊I時(shí)，所述可再生能源模塊I的數(shù)量、采集的可再生能源類型、所述可再生能源模塊I的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及可再生能源模塊I的放置方式均可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要靈活設(shè)置，對(duì)此，本發(fā)明不作贅述。
[0113]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊2與所述可再生能源模塊中的能量管理層共用同一塊電路板，如圖16所示，當(dāng)然也可以采用SoC的解決方案。對(duì)于所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊2與可再生能源模塊組之間的連接方式以及在所述殼體3內(nèi)的放置方式，本發(fā)明不做任何限制，任何可能的、合理的連接方式和放置方式均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0114]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述藍(lán)牙信標(biāo)基站還包括指示模塊4，所述指示模塊4與所述可再生能源模塊組連接，用于指示所述可再生能源模塊組的電量信息。帶有指示模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站的外觀如圖17所示，當(dāng)然，所述指示模塊的安裝位置可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要進(jìn)行調(diào)整。
[0115]其中，所述指示模塊4可以為燈光指示模塊，比如三色LED燈光指示模塊，也可以為聲音指示模塊，本發(fā)明對(duì)于指示模塊的具體表現(xiàn)形式不作任何限定。
[0116]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述藍(lán)牙信標(biāo)基站不需要單獨(dú)設(shè)置指示可再生能源模塊組電量信息的單元，所述可再生能源模塊組的電量信息可以通過(guò)藍(lán)牙通訊的方式與各終端設(shè)備進(jìn)行交互傳輸。
[0117]需要特別說(shuō)明的是，本發(fā)明所述的藍(lán)牙信標(biāo)基站，在提供信標(biāo)服務(wù)的同時(shí)，也支持一般藍(lán)牙低功耗協(xié)議所定義的通訊功能，即用戶的智能終端可以與藍(lán)牙信標(biāo)基站建立正常的連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0118]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于可再生能源模塊的藍(lán)牙信標(biāo)基站，其特征在于，該藍(lán)牙信標(biāo)基站包括:可再生能源模塊組、藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊和殼體，其中: 所述殼體用于容納所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊和可再生能源模塊組； 所述可再生能源模塊組與所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊連接，用于采集可再生能源，并將所述可再生能源的能量轉(zhuǎn)換為電能后進(jìn)行存儲(chǔ)，以為所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊供電； 所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊用于發(fā)送信標(biāo)信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)牙信標(biāo)基站，其特征在于，所述可再生能源模塊組包括一個(gè)或一個(gè)以上的可再生能源模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的藍(lán)牙信標(biāo)基站，其特征在于，所述可再生能源模塊包括:能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層，其中: 所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層之間電連接； 所述能量采集層用于采集可再生能源，并將其轉(zhuǎn)化為以電能形式存在的能量； 所述能量管理層用于將所述能量采集層采集得到的能量傳輸至所述能量存儲(chǔ)層進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)于所述能量采集層和能量存儲(chǔ)層的輸入或輸出以及可再生能源模塊的狀態(tài)進(jìn)行管理和控制，接收外部輸入信號(hào)及向外部輸出控制和狀態(tài)信號(hào)，并將所述能量存儲(chǔ)層存儲(chǔ)的電能輸出出去； 所述能量存儲(chǔ)層配置有電能輸入和輸出端口，用于根據(jù)所述能量管理層的控制，通過(guò)電能輸入端口儲(chǔ)存接收到的能量，并通過(guò)電能輸出端口將能量輸出給所述能量管理層。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的藍(lán)牙信標(biāo)基站，其特征在于，所述能量管理層包括冷啟動(dòng)電荷栗單元、電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元、充放電保護(hù)管理單元、最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元、備用能源管理單元、穩(wěn)壓輸出單元，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元和中央控制單元，其中: 所述冷啟動(dòng)電荷栗單元用于在所述可再生能源模塊處于初始狀態(tài)時(shí)，提供聚能功能；所述電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于對(duì)于所述能量采集層輸出的電能參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，產(chǎn)生高電平充電脈沖信號(hào)以匹配所述能量存儲(chǔ)層對(duì)于存儲(chǔ)電能所需參數(shù)的要求； 所述充放電保護(hù)管理單元用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述能量存儲(chǔ)層的工作電壓，根據(jù)所述能量存儲(chǔ)層的工作電壓值，控制所述能量存儲(chǔ)層的充電輸入或放電輸出； 所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元用于利用最大功率點(diǎn)跟蹤控制所述能量采集層的輸出電壓，以提高所述能量采集層的輸出效率； 所述備用能源管理單元用于監(jiān)測(cè)外界可再生能源及所述可再生能源模塊應(yīng)用的系統(tǒng)中存在的多種備用電能的強(qiáng)度，并記錄監(jiān)測(cè)結(jié)果以為所述中央控制單元的能源智能切換提供決策參數(shù)； 所述穩(wěn)壓輸出單元用于對(duì)于所述能量存儲(chǔ)層的輸出進(jìn)行穩(wěn)壓和調(diào)壓操作以達(dá)到工作電壓的要求； 所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元用于對(duì)于整個(gè)可再生能源模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把監(jiān)測(cè)所得到的數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式發(fā)送出去； 所述中央控制單元與各個(gè)單元連接，用于在多種備用能量源之間進(jìn)行智能切換，并對(duì)所述各個(gè)單元進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的藍(lán)牙信標(biāo)基站，其特征在于，所述能量采集層包括一層或多層能量采集子層，和/或所述能量管理層包括一層或多層能量管理子層，和/或所述能量存儲(chǔ)層包括一層或多層能量存儲(chǔ)子層，每一能量采集子層和能量存儲(chǔ)子層均分別與所述能量管理子層相應(yīng)電連接。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的藍(lán)牙信標(biāo)基站，其特征在于，利用基于聚酰亞胺材料的通用基底將所述可再生能源模塊的各膜層結(jié)合在一起。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的藍(lán)牙信標(biāo)基站，其特征在于，所述可再生能源模塊還包括外部封裝層，用于對(duì)于所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層進(jìn)行封裝包裹。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)牙信標(biāo)基站，其特征在于，所述藍(lán)牙信標(biāo)通信模塊與所述可再生能源模塊中的能量管理層共用同一塊電路板。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)牙信標(biāo)基站，其特征在于，所述可再生能源模塊組具備柔性性質(zhì)，柔性可再生能源模塊組可移動(dòng)地置于所述殼體所形成的容納空間內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)牙信標(biāo)基站，其特征在于，還包括指示模塊，所述指示模塊與所述可再生能源模塊組連接，用于指示所述藍(lán)牙信標(biāo)基站的狀態(tài)信息。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK105990872SQ201510096749
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月4日
【發(fā)明人】王昱, 王國(guó)臣
【申請(qǐng)人】棲巖責(zé)任有限公司