电荷传递装置和电荷传递方法与流程

1.本发明涉及微电能搜集处理领域，尤其涉及一种针对瞬间产生的微小电荷能量的电荷传递装置和电荷传递方法。


背景技术：

2.在自然界或者生产生活中存在一种瞬间产生却又瞬间消失的电荷，如果将这种电荷搜集起来并加以存储利用，将是一种清洁能源，可广泛的应用于一些能耗很低的电子产品中。但通常这种瞬间能量的强度很弱，存在的时间也很短暂，如何存储利用这种瞬间微电能来做功是需要解决的技术问题。
3.在现有技术中，对于瞬间微电能的利用大多是通过电容储能后直接供应给负载，或者经过一稳压装置后供应给负载；但是，电容放电的电压是程指数下降的，如果直接采取储能、稳压、供能的方式，那么瞬间微电能的损耗较大，电荷能量的利用率是极低的，一次操作微发电装置所产生的电荷能量无法满足一些可靠性要求较高的负载的能量需求；因而，需要反复的、多次的或者连续的操作能量产生装置直到产生需要的能量为止；例如，连续振动压电陶瓷发电，以获得足够负载作业一次的能量；显然这种方式的能量利用在时间上具有滞后性，甚至需要等待一段时间积蓄的电荷能量才能驱动负载工作，不能满足电荷能量即发即用的需求。
4.对于存在时间短，能量非常小的电荷难以被搜集利用，而这种电荷的存在还可能会造成不良后果，比如电能的损耗，静电对于人的影响以及电能流失对于机械设备的影响等。另一方面，这种微小电能的流失不仅是一种能源的浪费，也会影响到正常电气设备的正常工作。


技术实现要素：

5.本发明的一个主要优势在于提供一电荷传递装置和电荷传递方法，其中所述电荷传递装置采用分级接力存储电荷、并分级传递电荷的方式来存储能量，有利于搜集和存储电荷。
6.本发明的另一个优势在于提供一电荷传递装置和电荷传递方法，其中所述电荷传递装置能够将瞬间微电能加以利用而成为有用的清洁能源。
7.本发明的另一个优势在于提供一电荷传递装置和电荷传递方法，其中所述电荷传递装置收集的电荷能够被用于驱动低功耗的电子负载设备工作，充分利用搜集到的电荷，减少了能源的浪费。
8.本发明的另一个优势在于提供一电荷传递装置和电荷传递方法，其中所述电荷传递装置搜集微电荷进行多级的、且分级的对电荷进行存储、接力，从而使得原本不能直接利用的微电荷可以用来驱动负载做功。
9.本发明的另一个优势在于提供一电荷传递装置和电荷传递方法，其中所述电荷传递方法对电荷能量加以搜集处理，避免电荷过于分散，能量不集中，并且在传递过程中降低
电荷的电压，从而避免电压过高而损坏负载。
10.本发明的另一个优势在于提供一电荷传递装置和电荷传递方法，其中所述电荷传递装置采用了多级能量存储，并且是接力式的存储，并采用谐振的方式，使得微电荷传输时的损耗降到较低的水平，从而利用瞬间波动的微电荷能够驱动负载完成一次工作。
11.依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一电荷传递装置，包括：一初级储能装置；至少一接力泵；以及至少一次级储能装置，其中所述至少一接力泵被可电气地连接于所述初级储能装置和所述至少一次级储能装置，所述初级储能装置获取和存储瞬间输入的电荷能量，所述接力泵分多次地从所述初级储能装置获取电荷，并以接力的方式交替地和间歇地传递所述初级储能装置的电荷能量至所述次级储能装置。
12.根据本发明的一实施例，所述初级储能装置设置一限压区间，被搜集的瞬间微电能被所述初级储能装置限制在所述限压区间内，以利于所述接力泵传递能量给所述次级储能装置。
13.根据本发明的一实施例，所述接力泵传递所述初级储能装置捕获的电荷至所述次级储能装置，并由所述初级储能装置和所述次级储能装置降低电荷电压和延长电荷续存时间，以使得被捕获的电荷的能量集中。
14.根据本发明的一实施例，在初级储能装置中储存的电荷分成多次地向所述接力泵供给微电荷，然后再由所述接力泵交替地向所述次级储能装置供给微电荷，形成接力式传输微电荷的结构，以满足需要。
15.根据本发明的一实施例，瞬间微电能被所述初级储能装置收集，其中所述初级储能装置和所述接力泵被电导通，其中所述初级储能装置将存储的电荷电能传输至所述接力泵，所述电荷电能被暂时的存储至所述接力泵。
16.根据本发明的一实施例，所述接力泵与所述次级储能装置被电导通时，所述接力泵暂时存储的电荷电能被传输至所述次级储能装置，再由所述次级储能装置将设定电压的电荷能量输出。
17.根据本发明的一实施例，所述接力泵接力传输一次电能所需要的时间小于100us。
18.根据本发明的一实施例，所述接力泵为具有高频储能作用的线圈或者线圈与高频电子开关的组合，以使得所述线圈能够被设置于以设定的频率进行充电和放电工作。
19.根据本发明的一实施例，所述初级储能装置在小于50us的时间将存储的电荷传输至所述接力泵，所述接力泵在小于50us内将电荷供应给所述次级储能装置。
20.根据本发明的一实施例，所述次级储能装置被设有一输出能量值，以供当所述次级储能装置中的电荷达到设定的所述输出能量值后，所述次级储能装置向负载提供工作能量，使所述负载能够完成一次工作。
21.根据本发明的一实施例，所述接力泵周期性地获取所述初级储能装置的能量和传递获取的能量至所述次级储能装置，并且所述次级储能装置累积由所述接力泵传递的电荷能量，以满足向所述负载释放一次小于0.003焦耳的能量需求。
22.根据本发明的一实施例，即通过控制所述接力泵获能和释能的时间比例，使其产
生共振，以延长电荷供电时间。
23.根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一电荷传递方法，其中所述电荷传递方法包括如下步骤：（a）获取瞬间微电能并存储于一初级储能装置；和（b）以接力的方式周期性地传递所述初级储能装置的能量至一次级储能装置，并通过所述初级储能装置和所述次级储能装置限制所述瞬间微电能的电压，以延长供能时间。
24.根据本发明的一实施例，在所述电荷传递方法的所述步骤（a）中，设定一限压区间，其中被搜集的所述瞬间微电能被所述初级储能装置限定在所述设定的限压区间，以利于一接力泵传递能量给所述次级储能装置。
25.值得一提的是，“设定”的限压区间，以利于高效的传输电能。如果限定电压区间不合适，则有可能损坏所述接力泵，或者接力泵传递能量的效率显著降低，而增加电能损耗。
26.根据本发明的一实施例，所述接力泵为一种交替储能并传递电能的装置，通过从所述初级储能装置获得预定的能量，然后再将获得的定量能量接力地传递给所述次级储能装置，以在所述次级储能装置中获得预设的更低的工作电压。
27.根据本发明的一实施例，所述接力泵以接力交替传输的方式，从所述初级储能装置中获取电荷能量，再将电荷接力的供应给所述次级储能装置，所述次级储能装置存储更低电压的电能后再供应给负载装置。
28.根据本发明的一实施例，在上述方法的步骤（a）中，当所述初级储能装置存储瞬间波动电荷之后，所述初级储能装置向所述接力泵供能，二者之间传输能量需要一定的时间，在t1时间段内，所述接力泵获得足够的能量。
29.根据本发明的一实施例，在上述方法的步骤（b）中，所述接力泵将获得的能量再以接力的方式供应给所述次级储能装置，在t2时间段内所述接力泵与所述次级储能装置之间传输能量。
30.根据本发明的一实施例，接力传输一次电能所需要的时间小于100us。
31.根据本发明的一实施例，所述接力泵周期性地获取所述初级储能装置的能量和传递获取的能量至所述次级储能装置，并且所述次级储能装置累积由所述接力泵传递的电荷能量，以满足向所述负载释放一次小于0.003焦耳的能量需求。
32.根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一分级接力存储式电荷传递装置，包括初级储能装置、接力泵以及次级储能装置；所述接力泵架设于所述初级储能装置和所述次级储能装置之间，各所述储能装置依次电性连接；其中当所述初级储能装置获得瞬间微电能时，所述初级储能装置向所述接力泵提供电能，以使得所述接力泵能够以接力传输的方式从所述初级储能装置中获得能量并间歇地向次级储能装置提供电能；通过各级储能装置之间的接力传输电荷的方式实现对瞬间微电能可工作的利用。
33.根据本发明的一实施例，所述第接力泵从所述初级储能装置获得能量后再接力式的传输给次级储能装置，并交替的以设定的频率进行传递电荷。
34.根据本发明的一实施例，在一个能量交替传递的周期中，所述接力泵向初级储能装置获取电能的时间小于50us，且所述接力泵向次级储能装置供能的时间也小于50us，以
减小向负载供电的波动幅度。
35.根据本发明的一实施例，利用所述接力泵获取能量所需要的时间与所述接力泵从所述初级储能装置向次级储能装置供能所需要的传递时间的两次叠加，使得向负载稳定输出电压的供能的时间能够有所增加。
36.根据本发明的另一发面，本发明进一步提供一分级接力存储式电荷传递装置，其特征在于，包括初级储能装置、接力泵以及次级储能装置，将接力泵串联于所述初级储能装置和所述次级储能装置之间，所述初级储能装置中搜集的单次瞬间微电能通过所述接力泵多次的获取并交替的传递给所述次级储能装置，以在所述次级储能装置中建立可供负载完成一次预设工作的供能周期。
37.根据本发明的一实施例，通过所述接力泵从所述初级储能装置多次获取能量所产生的延迟时间和所述接力泵向所述次级储能装置释放能量所产生的延迟时间的叠加，使得所述初级储能装置搜集的瞬间微电能被负载可工作的利用，以驱动所述负载完成一次小于20毫瓦的做功。
38.根据本发明的一实施例，所述接力泵从所述初级储能装置中连续多次的获取电能，并传递给次级储能装置，每次获取电能的过程都产生相应的时间延迟，从向所述初级储能装置输入能量开始，直至所述初级储能装置停止供能为止的一个周期中，所述接力泵最少从所述初级储能装置获得1000次电能供给，从而使得接力泵可以产生足够的延迟时间。
39.根据本发明的另一方面，本发明进一步提提供一接力传递电荷的方法，其步骤为：设置一接力泵，使其能够在储能装置之间交替的传输电荷；所述接力泵从初级储能装置获得电荷后再将电荷传递给所述次级储能装置，以构成接力传输电荷的模式；以及当瞬间微电能被搜集于所述初级储能装置中时，所述接力泵按照设定的速率依次将每一份能量逐次地传导给所述次级储能装置，通过接力传导的方式延长能量传导的时间，以使得向所述初级储能装置输入的瞬间电荷能量能够被延长供能周期地对负载输出。
40.根据本发明的一实施例，所述初级储能装置将瞬间输入的高电压电荷能量转换为小于10v的可利用的低电压电能，以使得所述电路更加安全。
41.根据本发明的一实施例，设置所述接力泵从所述初级储能装置获取电荷的时间与所述接力泵向所述次级储能装置供能的时间相同，以使得所述接力泵产生谐振传输，从而减少电荷能量传输过程中的能量损耗。
42.根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一接力传递电荷的方法，所述接力传递电荷的方法包括以下步骤：（a）搜集瞬间的波动电荷能量存储于一初级储能装置中，以能够在所述初级储能装置中建立起大于4v而适于一接力泵获取的初级能量；（b）利用所述接力泵逐次地从所述初级储能装置中获取定量的能量，并将所述定量的能量交替的传输给一次级储能装置，并在所述次级储能装置中建立起工作能量。
43.根据本发明的一实施例，所述接力泵从所述初级储能装置中获取定量能量的时间小于50us，并将所述定量的能量交替的传输给所述次级储能装置的时间也小于50us，以在所述次级储能装置中能快速建立起工作能量。
44.根据本发明的一实施例，利用所述接力泵传递电荷的工作时间发生延迟的特性使得所述负载能够在所述接力泵的延迟作用下而完成一次工作。
45.根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一接力传递电荷的装置，其特征在于：包括初级储能装置、接力泵以及次级储能装置，其中搜集瞬间的波动电荷能量存储于初级储能装置中，并调整所述初级储能装置的容量，以能够在所述初级储能装置中建立起适于所述接力泵获取的初级能量；再利用接力泵逐次地从所述初级储能装置中获取定量的能量，并将所述定量的能量交替的传输给所述次级储能装置，并在所述次级储能装置中建立起工作能量。
46.根据本发明的一实施例，所述接力泵从所述初级储能装置中获取定量能量的时间小于50us，并将所述定量的能量交替的传输给所述次级储能装置的时间也小于50us，以在所述次级储能装置中能快速建立起工作能量。
47.根据本发明的一实施例，利用所述接力泵传递电荷的工作时间发生延迟的特性使得所述瞬间的波动电荷能量可工作的续存。
48.根据本发明的另一方面本发明进一步提供一接力传递电荷的装置，包括初级储能装置、接力泵以及负载；所述接力泵连接于所述初级储能装置和所述负载之间；当所述初级储能装置中闪存有瞬间微电能时，所述初级储能装置将高电压的电能转换成低电压的电能；所述接力泵以设定的速率从所述初级储能装置中依次的且多次的获取能量传递至负载；通过所述接力泵从所述初级储能装置接力的向负载传递能量的方式为所述负载建立可工作的电压，以及通过接力传输电能的交替过程以延迟瞬间微电能为所述负载供能的时间。
49.根据本发明的一实施例，所述初级储能装置中的瞬间微电能累积的电压被所述接力泵逐次获取而逐渐降低，当该电压降低到设定值时，所述接力泵暂时的停止工作，而当所述初级储能装置中第二次搜集到瞬间微电能时，所述接力泵重新开始工作，利用设定值的剩余能量与第二次能量的叠加，使得所述接力泵为所述负载供能的时间更长。
50.根据本发明的一实施例，通过调整所述接力泵向所述初级储能装置获取能量的时间以及所述接力泵向所述负载接力供应能量的时间来获得需要的延时时间或者工作能量。
51.通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
52.本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明和附图得以充分体现。
附图说明
53.图1是根据本发明的第一较佳实施例的一电荷传递装置的示意图。
54.图2是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述电荷传递装置的分级接力存储的示意图。
55.图3a是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述电荷传递装置的一接力泵从所述电荷传递装置的一初级储能装置获取电荷的示意图。
56.图3b是根据本发明的上述第一较佳实施例的所述电荷传递装置的所述接力泵将电荷接力的传输给所述电荷传递装置的一次级储能装置的示意图。
57.图4根据本发明的上述第一较佳实施例的所述电荷传递装置的所述初级储能装置供能时间延长的示意图。
58.图5是根据本发明的一较佳实施例的一电荷传递方法的方法流程示意图。
具体实施方式
59.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
60.本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、
ꢀ“
横向”、
ꢀ“
上”、
ꢀ“
下”、
ꢀ“
前”、
ꢀ“
后”、
ꢀ“
左”、
ꢀ“
右”、
ꢀ“
竖直”、
ꢀ“
水平”、
ꢀ“
顶”、
ꢀ“
底”、
ꢀ“
内”、
ꢀ“
外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
61.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
62.参照本发明说明书附图之图1至图5所示，依照本发明第一较佳实施例的一电荷传递装置和电荷传递方法在接下来的描述中被阐明。所述电荷传递装置为分级接力存储的电荷传递装置，其中所述电荷传递装置，以使得通过本发明能够将瞬间微电能加以利用而成为有用的清洁能源。本发明所指的瞬间微电能值的是瞬间产生又瞬间消失的微小能量，如由线圈瞬间感应而产生，或者由晶体的压电效应而产生、或者由电磁波的一次辐射而产生，他们的特点是电荷存在的时间非常短暂，且能量非常的小，当利用该微小电能直接向负载供应时，负载无法产生正确的响应或者无法正常工作；即瞬间微电能并非指小功率的可连续供应的电能，通常，瞬间微电能存在的时间以微秒或者毫秒为单位，其并非一个容易搜集或者可以持续搜集的对象，即便是被本发明所搜集利用，也仅能使得负载设备能够完成一次极低功耗的运转，例如使得一颗led能够被瞬间点亮以产生警示效果，或者驱动一个rfid、nfc芯片完成一次短距离的数据传输，又或者一颗射频芯片完成数个字节的微功耗无线传递。
63.也就是说，在本发明的该优选实施例中，所述电荷传递装置使得本发明能够搜集微电荷进行多级的、且分级的对电荷进行存储、接力，从而使得原本不能直接利用的微电荷可以用来驱动负载做功。
64.如图1至图4所示，所述电荷传递装置包括一初级储能装置10、至少一接力泵20以及至少一次级储能装置30，其中瞬间即逝的能量，也就是瞬间微电能被搜集存储于一初级储能装置10，所述接力泵20可电气地连接于所述初级储能装置10和所述次级储能装置30，其中所述初级储能装置10搜集的微小电荷被所述接力泵20传递至所述次级储能装置30。所述初级储能装置10搜集所述微小电荷，以完成电荷的初步搜集存储。这期间，被搜集的瞬间微电能是不稳定的，其电压波动起伏较大，通过所述初级储能装置10将波动的电荷的限定在一个设定的区间，例如将一个空载电压达40v的波动脉冲通过所述初级储能装置10以类似蓄水池蓄水的方式将波动的脉冲的电压初步稳定至低于10v，以利于所述接力泵20传递能量给所述次级储能装置30存储。值得一提的是，在本发明的一些实施例中，可以不设有次
级储能装置30，即所述电荷传递装置仅包括初级储能装置和所述接力泵20，由所述接力泵20电气地连接于负载，为所述负载供电。
65.所述接力泵20为一种交替储能并传递电能的装置，通过从所述初级储能装置10获得预定的能量，然后再将获得的定量能量接力地传递给所述次级储能装置30，以在所述次级储能装置30中获得预设的更低的工作电压，以及通过接力的输能方式以使得波动能量向负载稳定供能的时间被显著的加长，例如所述次级储能装置30向负载供能的时间比波动电能或者瞬间脉冲存在时间长了3倍以上。
66.值得一提的是，所述接力泵20以接力交替传输的方式，从所述初级储能装置10中获取电荷能量，再将电荷接力的供应给所述次级储能装置30，所述次级储能装置30存储满足负载需求的电能后再供应给负载装置。通过多级储能装置的接力过程，最终使得被捕获的微电荷产生的能量持续的时间越来越长，以适于被负载使用。所述接力泵20以一定的工作频率周期性的从所述初级储能装置10获取能量和向所述次级储能装置30输出能量，以形成接力式重复传输能量的工作模式。所述接力泵20分多次地从所述初级储能装置10获取电荷，以设定的接力频率，将瞬间储存于所述初级储能装置30中的电荷积蓄而形成的能量分成一次又一次地接力传递给所述次级储能装置30，从而延续接力能量续存的时间。值得一提的是，本发明所述的电荷，指的是由所述初级储能装置能够积蓄和利用的电荷能量。值得一提的是，所述接力泵架20设于所述初级储能装置10和所述次级储能装置30之间，各所述储能器依次电性连接；其中当所述初级储能装置10获得瞬间微电能时，所述初级储能装置10向所述接力泵20提供电能，以使得所述接力泵20能够以接力传输的方式从所述初级储能装置10中获得能量并间歇地向次级储能装置提供电能；通过各级储能器之间的接力传输电荷的方式实现对瞬间微电能可工作的利用。
67.特别地，对应所述瞬间微电能是存在时间短、能量又特别小的瞬间电荷能量，而并非一个持续的能量，所述瞬间微电能是以“闪存”的形式快速的存储于所述初级储能装置10中的，而如果输入的是持续的能量，则没有延长供能时间的必要，因为能量是可持续提供的，也就是说，本发明解决的是“闪存”能量的供应问题，而不是持续能量的供应问题。
68.所述初级储能装置10中“闪存”的瞬间微电能为所述接力泵20提供了能量源，特别的，调整所述初级储能装置10的容量大小，使得所述初级储能装置10中初步建立的电压能够满足所述接力泵20的需求，在一些实施例中，当所述初级储能装置10中闪存的能量的电压较高时，调整所述接力泵20的参数，例如充电和放电的时间、频率等，就能在所述次级储能装置30中建立合适的负载工作电压；而当所述初级储能装置10中闪存的能量的电压较低时，调整所述接力泵20的参数，例如充电和放电的时间、频率等，也能在所述次级储能装置30中建立合适的负载工作电压；例如，如果次级储能装置30需要建立3v的工作电压，那么，所述接力泵20向所述初级储能装置10获取3v电压的能量后，再传递给所述次级储能装置30，并以此在能量存在的时间内多次的重复接力传输，以满足负载要求；而如果所述初级储能装置10中能量的电压不足3v时，所述接力泵20利用自生的感性而将电压升压至3v，并重复的将能量提供给所述次级储能装置30，以满足负载需求。因此，所述接力泵20可以设置成为一个带开关的电感储能器，利用开关来控制电感的充电和放电的时间与频率。所述初级储能装置10向所述接力泵20充电时，闪存于所述初级储能装置10中的瞬间微电能被一部分的存储在所述接力泵20中，当接力泵20中能量充至合适的电压后，所述接力泵20再将能量
传递给所述次级储能装置30，以在所述次级储能装置30建立合适负载工作的工作电压，并以设定的频率重复的向所述次级储能装置30充电，满足负载对能量的需求，这个过程一直持续到“闪存”于所述初级储能装置10中的瞬间微电能无法被所述接力泵20获取为止。
69.显然地，如果没有本发明提供的方法对电荷能量加以搜集处理，仅凭初始捕获的电荷，若直接供应给负载使用，一则电荷过于分散，能量不集中；二则电压太高，无法直接被负载使用，还有可能因电压过高而损坏负载。
70.换言之，在本发明的该优选实施例中，所述电荷传递装置捕获电荷，并通过分级接力存储的方式降低捕获电荷的电压和延长被捕获电荷的时间，以使得被捕获的电荷的能量集中，以适于被负载使用。简言之，在本发明的该优选实施例中，所述电荷传递装置采用分级接力存储电荷、并分级传递电荷的方式来存储能量，由所述初级储能装置10捕获电荷，并通过所述初级储能装置10输出合适的电压和延长电荷能量存在的时间，其中所述接力泵20转移所述初级储能装置10捕获的电荷至所述次级储能装置30，并通过所述次级储能装置30进一步地输出适于负载的电压和进一步地延长电荷能量存在的时间，以适于负载完成一次预设工作的供能周期，其中“供能周期”指的是使负载完成一次预设工作而需要的最短的供能时间，例如负载完成一次任务需要4毫秒的的供能时间，且该供能时间的电压值是相对恒定的，以使得所述负载能够可靠的工作。由于输入的瞬间微电能存在的时间很短，所以，所述“供能周期”同样为一个存在时间很短暂的瞬间脉冲，而并非一个持续的供能时间。只是，由于所述电荷传递装置交替并且间歇地传输能量的过程使瞬间能量存在时间被延长；因此，所述“供能周期”要长于向所述初级储能器输入瞬间电荷能量的时间。也就是，“供能周期”总是大于输入瞬间电荷能量的时间。
71.值得一提的是，在现有技术中，对于瞬间微电能的利用大多是通过电容储能后直接供应给负载，或者经过一稳压装置后供应给负载；但是，电容放电的电压是程指数下降的，如果直接采取储能、稳压、供能的方式，那么瞬间微电能的损耗较大，电荷能量的利用率是极低的，一次操作微发电装置所产生的电荷能量无法满足一些可靠性要求较高的负载的能量需求；因而，需要反复的、多次的或者连续的操作能量产生装置直到产生需要的能量为止；例如，连续振动压电陶瓷发电，以获得足够负载作业一次的能量；显然这种方式的能量利用在时间上具有滞后性，甚至需要等待一段时间积蓄的电荷能量才能驱动负载工作，不能满足电荷能量即发即用的需求，因此不具有实用性，或者实用性不高。
72.在本发明的该优选实施例中，所述电荷传递装置采用了多级能量存储，并且是接力式的存储，并采用谐振的方式，使得微电荷传输时的损耗降到较低的水平，从而利用瞬间波动的微电荷能够驱动负载完成一次工作。具体地，将接力泵串联于所述初级储能装置和所述次级储能装置之间，所述初级储能装置中搜集的瞬间微电能通过所述接力泵多次的获取并交替的传递给所述次级储能装置，以在所述次级储能装置中建立可供负载工作的电压。
73.通过所述接力泵从所述初级储能装置多次获取能量所产生的延迟时间和所述接力泵向所述次级储能装置释放能量所产生的延迟时间的叠加，使得所述初级储能装置搜集的瞬间微电能被负载可工作的利用，以驱动所述负载完成一次小于20毫瓦的做功。
74.如图2所示，瞬间微电能被收集到所述初级储能装置10，由所述初级储能装置10进行初始电荷存储，其中所述初级储能装置10是一个容量较大的储电器。值得一提的是，在本
发明的该优选实施例中，为了使存储的电荷能够保留较长的时间，则将在初级储能装置10中储存的电荷分成多次地向所述接力泵20供给微电荷，然后再由所述接力泵20交替地向所述次级储能装置30供给微电荷，形成接力式传输微小电荷能量的结构，使得最终供应给负载的微电荷能够满足负载的需要。所述次级储能装置20向所述负载输出设定电压的电荷能量，即设定电压的电荷能量通过所述次级储能装置20输出给所述负载，提供负载工作所需要的电能。
75.可以理解的是，设定电压的手段是本领域普通技术人员所公知的。但经过延时以后输出稳定电压属于本发明提出的创造性手段，而非公知常识。
76.可以理解的是，有效电荷被定义为经过本发明提供的技术方案而使得所述负载能够完成预设工作的电荷能量。
77.作为示例的，一个晶体在一次撞击中，产生了电荷的瞬间流动，其幅度达到了20v
‑
2000v，显然这个电压无法直接供应给rfid芯片（负载设备），或者其它的射频芯片工作，这个电压足以使得芯片被击穿。晶体受压所产生的瞬间微电能虽然电压较高，但是电流非常的小，如果直接存储后稳压，则能量损耗较大，向负载供能的时间很短，不能满足负载完成一些预设的任务。
78.如图3a和图3b所示，所述接力泵20从所述初级储能装置10获取电荷，并将电荷传输给所述次级储能装置30。瞬间微电能被所述初级储能装置10收集，其中所述初级储能装置10和所述接力泵20被电导通，其中所述初级储能装置10将存储的电荷电能传输至所述接力泵20，所述电荷电能被存储至所述接力泵20。所述接力泵20与所述次级储能装置30被电导通时，所述接力泵20存储的电荷电能被传输至所述次级储能装置30，再由所述次级储能装置30将有效电荷输出至负载设备。
79.首先，将电荷能量存储在所述初级储能装置10，使得晶体输出的较高的电压的幅度在所述初级储能装置10中被降低至第一安全值以内，例如小于10v。接着，所述初级储能装置10中的部分能量被分配给所述接力泵20，所述接力泵20获得电能后再向所述次级储能装置30以接力的方式提供能量，当所述次级储能装置30中储存足够的能量后，所述次级储能装置30再向负载提供能量。可见，所述接力泵20是从所述初级储能装置10获取电荷，再将获取的电荷传递给次级储能装置30。
80.在本发明的另一可选实施方式中，所述电荷传递装置包括初级储能装置10、接力泵20以及负载。所述接力泵连接于所述初级储能装置10和所述负载之间；当所述初级储能装置10中闪存有瞬间微电能时，所述初级储能装置10将高电压的电能转换成低电压的电能；所述接力泵20以设定的速率从所述初级储能装置10中依次的且多次的获取能量传递至负载；通过所述接力泵20从所述初级储能装置10接力的向负载传递能量的方式为所述负载建立可工作的电压，以及通过接力传输电能的交替过程以延迟瞬间微电能为所述负载供能的时间。可以理解的是，由于有些高频电路负载中设置有用于滤波的装置，因此，在本发明的一些应用中，可以省略掉上述的次级储能装置30。所述初级储能装置10中的瞬间微电能累积的电压被所述接力泵20逐次获取而逐渐降低，当该电压降低到设定值时，所述接力泵20暂时的停止工作，而当所述初级储能装置10中第二次搜集到瞬间微电能时，所述接力泵20重新开始工作，利用设定值的剩余能量与第二次能量的叠加，使得所述接力泵为所述负载供能的时间更长。
81.值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述接力泵20与所述初级储能装置10导通，从所述初级储能装置10获取电荷，并将获取的电荷电能传递至所述次级储能装置30，其中上述电荷转移的过程时间较短，以免所述次级储能装置30向负载供电的电压降低而影响供电效果。优选地，在本发明的该优选实施例中，接力传输一次电能所需要的时间小于100us。更优选地，在本发明的该优选实施例中，所述接力泵20被实施为具有高频储能作用的线圈或者线圈与高频电子开关的组合，以使得所述线圈能够被设置于以设定的频率进行充电和放电工作。
82.特别地，在本发明的该优选实施例的所述电荷传递装置不仅为负载提供了一个安全的工作电压，并且利用多个储能器（即所述初级储能装置10、所述接力泵20以及所述次级储能装置30）之间的有机的、协调的配合，以接力传输电荷的方法使得一瞬间的电荷能量传递为均匀的、连续的、稳定的电能，并供应给负载，以完成之前直接利用波动电能供电所无法完成的工作。
83.如下进一步地说明所述电荷传递装置如何将瞬间搜集的电荷能量均匀的、连续的、稳定的供应给负载。当所述初级储能装置10存储瞬间波动电荷之后，所述初级储能装置10向所述接力泵20供能，二者之间传输能量需要一定的时间，在t1时间段内，所述接力泵20获得足够的能量。之后，所述接力泵20将获得的能量再以接力的方式供应给所述次级储能装置30，在t2时间段内所述接力泵20与所述次级储能装置30之间传输能量。这样，在一次电荷接力传输的过程中，电荷供能的时间被延迟了（t1+t2）。也就是说，所述电荷传递装置通过多级储能器接力传输电荷的方式，能够延长瞬间微电能向所述负载供能的时间。
84.优选地，在本发明的该优选实施例中，所述初级储能装置10在小于50us的时间将存储的电荷传输至所述接力泵20，所述接力泵20在小于50us内将电荷供应给所述次级储能装置30。
85.需要指出的是，在本发明中，主要的目的是将瞬间获得的波动电能尽可能的进行延长的输出。作为示例的，在本发明的该优选实施例中，通过总共三级储能器的接力式传输电荷的过程，使得存储在所述初级储能装置10中的电荷被所述接力泵20周期性地获取与传输，从而使得所述初级储能装置10供能的时间变长，有利于负载有时间完成更多的工作。
86.可以理解的是，在本发明的其他可选实施例中，所述接力泵20和所述次级储能装置30的数量可以为二个或多个，并且所述接力泵20被可电导通地连接在两个所述次级储能装置30之间，藉由所述接力泵20将前一个所述次级储能装置30的电荷电能传输至后一个所述的所述次级储能装置30。
87.简言之，所述初级储能装置10向所述接力泵20供电，之后再由所述接力泵20向所述次级储能装置30供电，所述次级储能装置30再向所述负载供电。
88.特别的，所述初级储能装置10向所述接力泵20供电的时间小于50us，所述接力泵20获得电荷能量之后转而向所述次级储能装置30供电，并且供电过程小于50us。所述次级储能装置30与所述负载被电气地连接，其中所述次级储能装置30被设有一输出能量值w，当所述次级储能装置30中的电荷达到设定的所述输出能量值w后，所述次级储能装置30向所述负载提供工作能量，使所述负载能够完成一次工作。
89.本领域技术人员可以理解的是，所述次级储能装置30设定的所述输出能量值w基于与之电气连接的所述负载的工作能量，即所述次级储能装置30输出的电能能够提供所述
负载所需要的工作能量，即可驱动所述负载工作。
90.如图4所示，所述接力泵20被设置于所述初级储能装置10和所述次级储能装置30之间，所述接力泵20从所述初级储能装置10获得能量后，再将获得的能量传输给所述次级储能装置30。因此，所述接力泵20是以接力的方式交替地和间歇地传递所述初级储能装置10的电荷能量至所述次级储能装置30。
91.可以理解的，本发明传递的电荷本身就是一种能量，因此可以理解为对能量的接力传送方式。
92.特别地，由于接力式的电荷能量传输设计，使得各级储能器之间传输能量的过程微观上是需要等待一定时间的，所述接力泵20获取初级储能装置10中的能量所需要的时间小于50us。当所述接力泵20获得足够的能量后，就暂时不再从所述初级储能装置10获取能量，而将获取的能量向所述次级储能装置30进行释放，释放能量所需要的时间同样小于50us。也就是说，所述接力泵20间歇地获取所述初级储能装置10的能量和传递获取的能量至所述次级储能装置30，其中所述接力泵20完成一次的能量传递所需要的时间周期小于100 us。所述接力泵20周期性地获取所述初级储能装置10的能量和传递获取的能量至所述次级储能装置30，并且所述次级储能装置30累积由所述接力泵20传递的电荷能量，以满足向所述负载释放一次小于0.003焦耳的能量需求。
93.在多次传输能量的过程中，传输的时间会进行叠加，假设为了驱动负载完成一次设定的工作，需要将三级储能器共同接力将电能传递n次，若传递的频率设定为100khz，且接力传输一次电荷的过程需要10us，那么，利用这个交替传输能量的过程，输入的瞬间微电能经过三级储能装置接力传输之后，能量传输的总的时间过程将有可能会长达数毫秒。也就是说，虽然输入到所述初级储能装置10的瞬间微电能存在时间较短，但是经过本发明设计的三级储能器接力式的传递电荷的过程，可以额外的延长电荷存在的时间，以满足微功耗设备完成一次任务的需求。
94.通过调整所述电荷传递装置的能量供给与能量释放的时间比例，使其产生共振，即通过控制所述接力泵20获能和释能的时间比例，则可以达到更加的延长电荷供电时间的效果，使得所述负载能够完成直接供电所不能完成的工作。
95.相应地，在本发明的该优选实施例中，通过控制所述电荷传递装置的所述接了泵20从所述初级储能装置获取能量的时间t1和向所述次级储能装置30释放能量的时间比例，使其产生共振，以延长所述电荷传递装置的供电时间。
96.值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，本发明的该优选实施例的所述电荷传递装置适用于微小功率的负载，例如功耗在20毫瓦以内的设备，如果设备的功率越大则延长供能的效果会减弱。
97.依照本发明的另一方面，本发明进一步提供一电荷传递方法，其中所述电荷传递方法包括如下步骤：（a）获取瞬间微电能并存储于一初级储能装置10；和（b）以接力的方式传递所述初级储能装置10的能量至一次级储能装置30，并通过所述初级储能装置10和所述次级储能装置30降低所述瞬间微电能的电压，和延长所述功能时间。
98.在本发明的该优选实施例中，其中在所述电荷传递方法的所述步骤（a）中，设定一
限压区间，其中被搜集的所述瞬间微电能被所述初级储能装置10稳定在所述限压区间，以利于一接力泵20传递能量给所述次级储能装置30。
99.值得一提的是，搜集瞬间的波动电荷存储于一初级储能装置10中，以能够在所述初级储能装置10中建立起大于4v而适于一接力泵20获取的初级能量；利用接力泵20逐次地从所述初级储能装置10中获取定量的能量，并将所述定量的能量交替的传输给所述次级储能装置30，并在所述次级储能装置30中建立起工作能量。所述接力泵20从所述初级储能装置10中获取定量能量的时间小于50us，并将所述定量的能量交替的传输给所述次级储能装置30的时间也小于50us，以在所述次级储能装置30中能快速建立起工作能量。利用所述接力泵20传递电荷的工作时间（就是交替传输能量需要的时间）发生延迟的特性使得所述负载能够在所述接力泵的延迟作用下而完成一次工作。原来瞬间波动电荷是不能直接驱动负载的，通过本发明后，可以驱动负载工作了。
100.首先将瞬间微电能暂时的存储于一初级储能装置10当中，并设置一接力泵20连接于所述初级储能装置10的输出端，以使得在所述暂存的能量消失之前，所述接力泵20快速的将所述暂存能量分成多次的向所述负载以接力的方式传递，并通过接力传递能量的过程将暂存于所述初级储能装置10中的能量进行延续供应，以满足负载需求。
101.调整所述初级储能装置10的容量，以使得所述初级储能装置10能够将瞬间微电能的电压在规定的时间内积蓄至高于2v，例如在瞬间微电能的一次输入过程中将能量在所述初级储能器中的电压充至2v以上，将一接力泵20串联于所述初级储能装置10及所述负载之间；设置所述初级储能装置10向所述接力泵20供能的时间为t1，所述接力泵20接力的向所述负载供能的时间为t2，利用所述接力泵20多次交替传输电荷的过程向负载提供（t1+t2）*n=tc时长的能量，使负载利用被延长的能量而能够完成一次任务。
102.所述规定的时间为：即根据负载的需求，小于或等于完成一次任务所需要的最短的能量供应时间的二分之一，即小于或等于负载从上电至掉电过程的二分之一的时间，且所述规定时间通常不能太长，以减少搜集电荷所需要的时间；上述公式中，n为交替传输电荷的次数，也就是说，所述接力泵20从初级储能装置10获得能量，并将能量接力的传递给负载为1次电荷传递过程；在所述初级储能装置10中存储的电荷被所述接力泵20分成n次的传递，因此电荷能量被传输的总时长为：（t1+t2）*n=tc，tc为总时长。）当所述负载完成一次任务之后，利用所述初级储能装置10中剩余的电荷能量，所述接力泵20能够维持所述负载进入另一预设状态，直至重新开始一次任务。值得一提的是，另一预设状态，即待机状态或者极低功耗的维持状态。
103.所述接力泵20为一种交替储能并传递电能的装置，通过从所述初级储能装置10获得预定的能量，然后再将获得的定量能量接力地传递给所述次级储能装置30，以在所述次级储能装置30中获得预设的工作电压，以及通过接力的输能方式以使得波动能量向负载稳定供能的时间被显著的加长，例如所述次级储能装置30向负载供能的时间比波动电能存在时间长了3倍以上。
104.所述接力泵20以接力交替传输的方式，从所述初级储能装置10中获取电荷能量，再将电荷接力的供应给所述次级储能装置30，所述次级储能装置30存储更低电压的电能后再供应给负载装置。通过多级储能装置的接力过程，最终使得被捕获的微电荷产生的能量的电压越来越低，持续的时间越来越长，以适于被负载使用。
105.在本发明的该优选实施例中，为了使存储的电荷能够保留较长的时间，则将在初级储能装置10中储存的电荷分成多次地向所述接力泵20供给微电荷，然后再由所述接力泵20交替地向所述次级储能装置30供给微电荷能量，形成接力式传输微电荷能量的结构，使得最终供应给负载的微电荷能量能够满足负载的需要。
106.在上述方法的步骤（a）中，当所述初级储能装置10存储瞬间波动电荷之后，所述初级储能装置10向所述接力泵20供能，二者之间传输能量需要一定的时间，在t1时间段内，所述接力泵20获得足够的能量。在上述方法的步骤（b）中，所述接力泵20将获得的能量再以接力的方式供应给所述次级储能装置30，在t2时间段内所述接力泵20与所述次级储能装置30之间传输能量。
107.优选地，接力传输一次电能所需要的时间小于100us，以达到一个比较好的效果。更优选地，所述接力泵20可实施为储能线圈和电子开关构成的储能装置，利用开关来控制所述初级储能装置中的闪存的微小电能向线圈逐次的充电储能，以及储能线圈再逐次地向所述次级储能装置放电的时间周期与频率，使得所述储能线圈处于交替的充电和放电工作状态，通过充电和放电的交替过程以使得输入的瞬间微电能向负载供电的时间增加。
108.由于接力式的电荷传输设计，使得各级储能器之间传输能量的过程微观上是需要等待一定时间的，所述接力泵20获取初级储能装置10中的能量所需要的时间小于50us。当所述接力泵20获得足够的能量后，就暂时不再从所述初级储能装置10获取能量，而将获取的能量向所述次级储能装置30进行释放，释放能量所需要的时间同样小于50us。也就是说，所述接力泵20间歇地获取所述初级储能装置10的能量和传递获取的能量至所述次级储能装置30，其中所述接力泵20完成一次的能量传递所需要的时间周期小于100 us。所述接力泵20周期性地获取所述初级储能装置10的能量和传递获取的能量至所述次级储能装置30，并且所述次级储能装置30累积由所述接力泵20传递的电荷能量，以满足向所述负载释放一次小于0.003焦耳的能量需求。
109.在多次传输能量的过程中，传输的时间会进行叠加，假设为了驱动负载完成一次设定的工作，需要将三级储能器共同接力将电能传递n次，若传递的频率设定为100khz，且接力传输一次电荷的过程需要10us，那么，电荷传输的时间过程将有可能会长达10ms。也就是说，虽然输入到所述初级储能装置10的瞬间微电能存在时间较短，但是经过本发明设计的三级储能器接力式的传递电荷的过程，可以额外的延长电荷存在的时间，以满足微功耗设备完成一次任务的需求。
110.通过调整所述电荷传递装置的能量供给与能量释放的时间比例，使其产生共振，即通过控制所述接力泵20获能和释能的时间比例，则可以达到更加的延长电荷供电时间的效果，使得所述负载能够完成直接供电所不能完成的工作。
111.相应地，在本发明的该优选实施例中，通过控制所述电荷传递装置的所述接了泵20从所述初级储能装置获取能量的时间t1和向所述次级储能装置30释放能量的时间比例，使其产生共振，以延长所述电荷传递装置的供电时间。
112.可以理解的，本发明是将输入的瞬间存在的微小电荷能量（瞬间微电能）进行延长时间地向负载供能的装置，以确保负载可以完成预设的工作；而完成该项“预设的工作”是本发明存在的基础，也就是说，如果不采用本发明则无法使负载完成“预设的工作”。特别需要强调的是，本发明并非通过降低电压的方法来延长向负载供能的时间，根据上述说明可
见，本发明是利用所述接力泵20获取能量的时间与所述接力泵20向所述次级储能装置30释放能量的时间的两次时间叠加而延长了瞬间微电能向负载供能的时间，能够有效的、充分的利用瞬间微电能，并且，在所述次级储能装置30上建立的是满足负载需求的稳定电压。本质上，本发明是对输入的突发的、波动的、不稳定的、瞬间的微小电荷能量进行高效利用的技术方案，有别于现有技术中电池供电、超级电容供电、旋转发电机供电、压电陶瓷振动发电、温差发电等具有持续时间较长的供电装置的供能方法。
113.本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。