一种热电能量采集装置的制造方法

文档序号:10653711阅读:391来源:国知局
一种热电能量采集装置的制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种热电能量采集装置,利用热释电材料的热释电特性,此类材料经极化后制成薄片作为基本单元串联或并联,结合外部电路,为蓄电池充电,实现热能与电能的转换,达到扩大电池使用时间以及节约能源的效果。
【专利说明】
-种热电能量采集装置
技术领域
[0001] 本发明属于能量采集技术领域,具体设及一种基于热释电材料的热电能量采集装 置。
【背景技术】
[0002] 能量采集是近年来在新能源领域发展出来的一个新兴技术。与传统的发电机产生 电能的方式不同,能量采集是希望将环境中废弃的能源转换成人们可W使用的电能,W达 到能源回收再利用的目的。
[0003] 目前对如手机、数码相机、笔记本电脑等便携式电子产品的需求日趋增加,此类产 品的发展趋势对于电池的要求也与日俱增,然而电池在生产过程中会消耗相当的地球资 源,并且存在日后必须回收与环保等问题,为了减少地球上资源消耗与污染,主流行业莫不 全力开发各式绿色替代能源。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的是为克服上述问题,提出一种热电能量采集装置,利用热释电材料 实现热能与电能的转换,达到扩大电池使用时间W及节约能源的效果。
[0005] 热释电材料是具有自发极化特性的一种非对称中屯、的晶体,当运类晶体受热膨胀 而自发极化时,膨胀的各个方向是同时发生的,此时晶体结构在某一方向上与其他方向有 着不同的唯一的极轴,晶体表面上的束缚电荷被吸附在其表面上的自由电荷所屏蔽,才会 表现出来热释电特性。
[0006] 本发明的技术方案利用热释电材料的运一特性,将此类材料经极化后制成薄片作 为基本单元串联或并联,基本单元的正反两面制备电极,其外接电路具有:包括CMOS整流器 与电压倍增器的全波整流电路、CP脉冲升压电路、包括控制模块的开关控制电路,其中,控 制模块内具有寄存有设定电压的范围值W及输出电压值的寄存器、连接电压比较器与电压 调节器的比较电路;其工作过程为:
[0007] 比较电路侦测系统内电压,当升压电路内的电压升至设定电压值时,控制电路闭 合接通,电压调节器向蓄电池提供设定的电压充电;当电压降至设定电压W下时,开关电路 断开,输入端继续升压至设定值再次充电。
[000引进一步的,需要指出的是,对热释电材料性能的评价,通常采用从下面两个参数:
[0009] 1.电压响应优值
[0010] 2.探测度优值:
I为热释电系数;C为材料体积热容;
[0011] 由上公式可W看出,巧买陈应用中,上述方案中提到的热释电材料应当具有较大 的热释电系数,较低的介电常数,介电损耗和热容量。
[001^ 由于传统的单晶(如LiNbos等)、压电陶瓷(PZT等)、高分子薄膜(PVFZ等)各个单独 的热释电材料性能差异,不可能同时满足具有较大的热释电系数,较低的介电常数等。因 此,本发明具体选用PT系热释电材料薄膜,它具有很高的热释电系数、较低的介电常数和损 耗,可W获得高的电压响应优值和探测优值。
[0013] 进一步的,所述升压电路由五阶CP脉冲控制,由于电压倍增器的阶数能够促进输 入的交流电压达到较高的电平并把它转换成直流电,能够克服传统的升压电路需要外界电 源供电、耗电量大等的缺陷,提高了整体电路的输出效率。
[0014] 进一步的,为了提高系统稳定性,a、b、cW及蓄电池的输入端并联退禪电容。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明提出的薄片式热释电材料单元的结构示意图。
[0016] 图2是本发明的原理图。
[0017] 图3是本发明实施方式的电路连接关系示意图。
【具体实施方式】
[0018] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结 合图示与具体实施例,进一步阐述本发明。
[0019] 如图1所示,将热释电材料经极化后切割为薄片状,两面制备电极,就会产生一个 垂直于电极表面(面积为A)的热释电系数分量P,当外界输入的红外福射能量被材料表面层 吸收或者外界环境溫度变化导致材料的溫度变化时,便会在电极的表面形成电流。
[0020] 如图3所示,将热释电薄膜材料产生的电荷经过整流电路、升压电路、控制电路后 存储在蓄电池 Battery里,控制器及比较电路整合于开关控制模块内。
[0021] 热释电材料薄膜产生的电荷,通过CMOS全波整流电路将热释电材料输出的能量转 变为直流电压,然后采用五阶CP脉冲控制的升压电路将整流电路输出的电压增强,电压倍 增器的阶数能够促进输入的交流电压达到较高的电平并把它转换成直流电,当电压升至设 定电压值时,位于升压电路输出端和蓄电池之间的开关控制电路随即闭合,通过电压调节 器向蓄电池提供设定的直流电压;当电压降至设定电压W下时,开关电路随即断开,输入端 继续升压至设定值再次充电。
[0022] 根据实际需求,为获得较大的电压值,可W将多个热释电材料薄膜串联起来;或者 为获得较大的电流值,可W将多个热释电材料薄膜并联起来使用。
[0023] W上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,运些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。
【主权项】
1. 一种热电能量采集装置,其特征在于,包括接地的 -若干串联或并联的经极化后的薄片式热释电材料单元,其正反两面制备电极; -与所述热释电材料单元电连接的蓄电池; 电荷在所述热释电材料单元与蓄电池间的回路上依次流经: a)包括CMOS整流器以及电压倍增器的全波整流电路、b)CP脉冲升压电路、c)包括控制 丰吴块的开关控制电路; 所述控制模块内包括1)寄存有设定电压的范围值以及输出电压值的寄存器、2)连接电 压比较器与电压调节器的比较电路; 当升压电路内的电压升至设定电压值时,控制电路闭合,电压调节器向蓄电池提供设 定的电压充电;当电压降至设定电压以下时,开关电路断开。2. 根据权利要求1所述的一种热电能量采集装置,其特征在于:所述热释电材料为PT系 热释电材料薄膜。3. 根据权利要求1所述的一种热电能量采集装置,其特征在于:所述升压电路由五阶CP 脉冲控制。4. 根据权利要求1所述的一种热电能量采集装置,其特征在于:a、b、c以及蓄电池的输 入端并联退耦电容。
【文档编号】G05F1/56GK106020313SQ201610605203
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】朱红英, 王致杰, 孙丛丛
【申请人】上海电机学院
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