一种可再生能源模块的制作方法_3

文档序号:8716626阅读:来源:国知局
或外接直流电源,可以支持系统的正常工作时,所述中央控制单元可根据实际应用情况,动态地选择电能来源以对系统进行供电。比如,假设智能终端设备同时还携带有备用电池,则所述中央控制单元会在外界有光照等可再生能源的时候选择由所述可再生能源模块为系统供电,在晚间等没有光照或其他可再生能源的时候,如果所述可再生能源模块存储的能量不能够满足系统正常工作的需要时,所述中央控制单元就会选择备用电池来为系统供电,这样既可以保证系统持续正常工作,又可以大大延长备用电池的使用时间和寿命。
[0064]需要说明的是,图3中对于能量管理层结构的描述只是一种逻辑上的功能描述,其不对能量管理层的具体实现作出限制,本领域技术人员可根据实际应用的需要确定具体实现方式,比如可以采用SoC(System on Chip)的方式实现所述能量管理层,也可以采用使用不同电子元件和连接电路的方式实现所述能量管理层,本实用新型对于这一点不作任何限定。
[0065]在本实用新型一实施例中,所述能量管理层3由电子元件、控制芯片和安装所述电子元件与控制芯片的电路板组成,进一步地,所述电路板又分为柔性电路板和非柔性电路板(比如普通FR-4电路板)。与非柔性电路板相比,柔性电路板具有体积小、重量轻、厚度薄,柔性的特点,因此在实际应用中,除非对于电路板的强度有特殊的要求,所述电路板通常采用柔性电路板。
[0066]在本实用新型另一实施例中,所述能量管理层3为柔性光能调节印制电路。
[0067]如上所述,所述能量管理层3也可采用其他控制电路,对此本实用新型不作具体限制,所有能够实现上述能量管理层3的功能的控制电路均落入本实用新型的保护范围内。
[0068]所述能量存储层4配置有电能输入和输出端口,用于根据所述能量管理层3的控制,通过电能输入端口将接收到的能量储存起来,并通过电能输出端口将能量输出给所述能量管理层3,以备后续为后级负载提供能量。
[0069]其中,所述能量存储层4为能量储存装置,比如超薄锂离子聚合物、固态锂离子充电膜等可充放电类储电单元,其中,所述固态锂离子充电膜的无记忆充放电次数> 5000次,放电区间为4.2-2.6伏。
[0070]当然,所述能量存储层4也可采用其他能量储存装置,对此本实用新型不作具体限制,所有能够进行能量储存的装置或元件均落入本实用新型的保护范围内。
[0071]在本实用新型一实施例中,比如当所述可再生能源模块设置于所应用系统的外部,则所述可再生能源模块还包括外部封装层I,如图5所示,所述外部封装层I对于所述能量采集层、能量管理层和能量存储层进行封装包裹,相反地,如果所述可再生能源模块设置于所应用系统的内部,则所述外部封装层I可以省去。
[0072]所述外部封装层I对于所述能量采集层2、能量管理层3和能量存储层4等中间层进行封装包裹,以形成所述可再生能源模块,其中,所述外部封装层I封装包裹的内部空间呈真空压紧状态,所述外部封装层I不仅能够使可再生能源通过,而且还能够起到固定压紧中间层、防水、防尘、防化学污染的作用。
[0073]其中,所述外部封装层I配置有电信号输入/输出(I/O)接口,所述电信号输入/输出(I/o)接口与内部所述能量管理层3电连接,分别用于接收外部输入信号或输出内部信号,其中,所述外部输入信号包括但不限于备用电源的输入信号、外部系统状态和控制输入信号等信号;所述内部信号包括但不限于电能输出信号、所述可再生能源模块的状态和控制输出信号等信号。
[0074]其中,对于不同的可再生能源,所述外部封装层I的制作工艺及使用材料均有所不同,具体将在下文中进行说明。
[0075]通常情况下,为了减少电路走线的长度,可将所述能量管理层3放置于所述能量采集层2和能量存储层4的中间。
[0076]上文提及,本实用新型可再生能源模块可采集光能、压电能量、热电能量、电磁感应能量、人体动能能量、生物电能量、环境噪音能量等可再生能源,并对其进行转换、管理和存储,并在需要的时候为后续设备提供电能,但是对于不同类型的可再生能源,能量采集层2的选用有所不同,接下来分别针对光能、压电能量、热电能量、电磁感应能量等四种已经具备商业化和规模产量的可再生能源,对于其相应的能量采集层2的设置一一进行说明。
[0077]对于光能,所述能量采集层2可以采用可采集光子能量的发电单元(Photovoltaic Energy Harvesting Unit),比如砷化镓光伏膜等光伏发电单元,其厚度在110um+-40um之间,砷化镓半导体材料与传统的硅材料相比,其电子移动率为硅材料的5.7倍,它具有高光子转化率、高电子迀移率、宽禁带、直接带隙以及消耗功率低等特性。采用砷化镓光伏膜作为能量采集层2,可高效地采集外界环境中的光能。
[0078]另外,所述砷化镓光伏膜超薄且具有柔性,其厚度仅为数微米,因此,无论在室内还是室外均可适用。
[0079]进一步地,所述砷化镓光伏膜可为单结(光转化效率为28.8% )或双结(光转化效率为30.8% )太阳能电池片。
[0080]图6是本实用新型基于光能的可再生能源模块的主要膜层结构分解示意图,如图6所示,对于基于光能的可再生能源模块,能量采集层2(砷化镓光伏膜)收集外界环境中的光能,并将收集得到的光能转换为电能,然后经能量管理层3的管理和控制储存在能量存储层4中,以在需要的时候为后级负载提供能量。
[0081]当然,所述能量采集层2也可采用其他可采集光子能量的发电单元,对此本实用新型不作具体限制,所有能够有效采集光子能量的发电元件均落入本实用新型的保护范围内。
[0082]需要特别说明的是,对于采集光能的可再生能源模块,需要封装时,位于能量采集层一侧的外部封装层I使用的封装材料应具备良好的透光性,即,所述外部封装层I的制作材料不能阻碍波长在350nm-850nm之间的光线的通过;对于具有柔软超薄特征的可再生能源模块,所述外部封装层I的厚度最好不要超过被封装物体厚度的20% -30%。
[0083]对于压电能量,所述能量采集层2可以采用具有压电能量采集功能的发电单元(Piezoelectric Energy Harvesting Unit),比如压电震动发电膜,其厚度在 410um+-40um之间,所述微电震动发电膜能够在存在变形弯曲、震动等的情况下产生电流。图7是本实用新型基于压电能量的可再生能源模块的主要膜层结构分解示意图,如图7所示,对于基于压电能量的可再生能源模块,能量采集层2(压电震动发电膜)收集外界环境中由于变形弯曲、震动产生的机械能,并将收集得到的机械能转换为电能,然后经能量管理层3的管理和控制储存在能量存储层4中,以在需要的时候为后续负载提供能量。
[0084]当然,所述能量采集层2也可采用其他可采集压电能量的发电单元,对此本实用新型不作具体限制,所有能够有效采集压电能量的发电元件均落入本实用新型的保护范围内。
[0085]需要特别说明的是,对于采集压电能量的可再生能源模块,需要封装时,所述外部封装层I使用的制作材料需要具备良好的延展性,不能对震动源产生屏蔽作用;对于具有柔软超薄特征的可再生能源模块,所述外部封装层I的厚度最好不要超过被封装物体厚度的 10% -15%。
[0086]对于热电能量,所述能量采集层2可以采用具有热电能量采集功能的发电单元(Thermoelectric Energy Harvesting Unit),比如热电发电膜等热电发电单元,其厚度在600um+-40um之间,所述热电发电膜能够在存在温差的情况下产生电流。
[0087]具体地,所述热电发电膜通过热电效应(Thermoelectric Effect)利用介质两面的温差来产生电流。目前热电发电膜处于从理论向商业化产品转换的阶段,对于所述热电发电膜的介绍,可参见以下链接:http://ieeexplore.1eee.0rg/xpl/login.jsp ? tp =&arnumber = 6576100&url = http% 3A% 2F% 2Fieeexplore.1eee.0rg% 2Fxpls% 2Fabs_all jsp % 3Farnumber % 3D6576100 和 http://www.perpetuapower.com/ technology, htm。
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