用于电站变压器振动能收集器的能量管理系统的制作方法

本发明涉及用于电站变压器振动能收集器的能量管理系统。

背景技术：

在各种环境能量中，振动能量因其存在广泛，已成为近年来物联网节点自供能研究领域的热点，广泛应用于工业、农业、通信、国防、航空航天和医学等领域。根据能量转换原理的不同，振动发电技术可分为静电式、电磁式及压电式三类。其中，压电发电装置发展最快，具有机电能量转换效率较高、易于与微机电系统集成、成本较低、无电磁干扰且结构简单的优势。

目前，变电站中的局部电子系统主要采用电力线供电或定期更换电池等传统供电方式。采用电力线供电方式成本较高、体积与质量较大且维护困难；而采用电池供电寿命有限，且在特定应用场合更换困难。因此，利用电站变压器的振动能量为电子系统节点供电，已成为解决电站变压器电子网络节点能量自给。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明设计了一套电站变压器振动能量收集系统的电源管理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于电站变压器振动能收集器的能量管理系统，由倍压整流电路，振动型能量收集器和振动型能量收集器的电源管理电路组成。

所述倍压整流电路，利用二极管的单向导通和电容的充放电特性来实现电荷的累积和高压输出。

所述振动型能量收集器，离不开后端的电源管理电路，其特殊的发电机理要求电源管理电路必须提供一定的发电处理能力，电源管理电路通常为DC－DC型，其性能的优劣不仅关系到压电型能量收集器的输出性能，也会影响到其后端在电子系统中的应用。对电源管理电路而言，压电型能量收集器是一个容性负载，因此能量收集电路的设计不同于呈纯阻性的传统电路设计。

所述振动型能量收集器的电源管理电路，储能电路是根据20世纪美国科学家Mas提出的电池快充三定律，并结合压电材料的高阻抗特性进行改进的充电电路，该充电电路以DC－DC变换器为核心，克服了发电材料输出电能不稳定、不可人为控制的缺点，将振动能量收集器上收集到的电能转换为稳定、可控制的电能，供蓄电池充电。

本发明的有益效果是：用于电站变压器振动能收集器的能量管理系统，克服压电型能量收集器的接口电路中负载匹配及电路损耗问题，优化压电能量收集器的电路充分收集能量转换器输出的能量，提高了储能效率。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是桥式整流电路图。

图2是倍压整流电路理图。

图3是储能发电系统示意图。

图4是DC－DC储能电路原理图。

具体实施方式

在图1中，针对100Hz频率的振动应用环境，制备桥式整流电路。

在图2中，优化后的倍压整流电路，利用二极管的单向导通和电容的充放电特性来实现电荷的累积和高压输出。倍压整流电路的优点有：①即使交流电压较低，利用耐压较低的整流二极管和电容器也能得到一个较高的直流电压，便于电能的输出；②倍压整流的输出电压是输入电压的几倍，相比桥式整流电路要高，使压电材料的输出效率大幅提高。

在图3中，蓄电池在振动能量收集系统中的充电特性，设计和采用了储能、即时放电和照明的充电策略，并对有限的电能进行管理。对于压电型发电材料，基于Mas的电池快充三定律设计了限流－恒压快充模式的充电电路。在整个充电过程中，电池电压将随时间呈指数形式增加，但电池电流在充电初始阶段为恒流充电阶段，然后随时间呈指数形式减小。因此可以预测：在充电之初电池电压较低时，用一较大电流对电池充电，后充电电流逐渐减小，直至充满为止。

在图4中，采用DC－DC升压电路将发电体所发的电能升压到3V并给锂电池（每节350mA·h）充电。

基于目前的振动发电模块阵列规模，能够提供工作稳定、安全可靠以及功能切换方便的储能电源（1W左右），为变电站应急照明供电。照现有发电规模计算，日发电量约10mA·h，若储能一年时间，则用于紧急照明约20h，如能扩大发电规模，将多套发电模块并网组合起来，则能够提供数百甚至上千瓦的储备电能，在紧急情况下为变电站更多的设备提供充足的电力。