电源充电管理系统的制作方法

1.本实用新型实施例涉及电源供电技术领域，尤其涉及一种电源充电管理系统。


背景技术：

2.随着物联网系统的发展，越来越多的设备存在智能化的需求，目前基本采用为可充电电池提供太阳能的方式延长物联网系统的工作寿命，但是由于太阳能具备不稳定性，如何稳定地为物联网系统提供电能成为了研究热点之一。
3.在现有方案中，一般通过增加一次电源作为补充能源的方式来提高物联网系统供电的稳定性。具体使用以下两种方式为物联网系统进行充电，方式一：当电源电压小于设定值时采用一次电源为电容进行充电，由电容对物联网系统进行供电；当电源电压大于设定值时采用充电电源为电容进行充电，再由电容对物联网系统进行供电。方式二：一次电源和充电电源都持续为电容供电，电容给物联网系统进行供电。
4.在使用上述方案为物联网系统供电时，方式一中当一次电源和充电电源切换时，存在因切换电源导致的系统供电不稳定的问题；方式二中一次电源需持续向电容充电，存在一次性电源中的能量资源浪费导致的寿命缩短问题。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供一种电源充电管理系统，能够改善现有电源充电管理方案。
6.第一方面，本实用新型实施例提供一种电源充电管理系统，包括：能量收集电路、电源管理电路、理想二极管、一次电源和复合电容；所述能量收集电路与所述复合电容相连；所述理想二极管的一端与所述一次电源相连，所述理想二极管的另一端与所述复合电容相连；所述电源管理电路分别与所述复合电容和所述理想二极管相连，其中：
7.所述能量收集电路用于收集太阳能以产生电能，并将所述电能传输至所述复合电容；
8.所述电源管理电路用于每间隔预设时间段采集从所述能量收集电路传输至所述复合电容的当前电压值，并将所述当前电压值与上一电压值进行比对，根据所述当前电压值与所述上一电压值的关系，控制所述理想二极管产生对应的工作状态，以实现对电源充电的管理，所述上一电压值为上一预设时间段从所述能量收集电路传输至所述复合电容的电压值。
9.可选地，在所述当前电压值大于所述上一电压值时，所述电源管理电路控制所述理想二极管处于关闭状态，以使得所述能量收集电路为所述复合电容供电；
10.在所述当前电压值不大于所述上一电压值时，所述电源管理电路控制所述理想二极管处于导通状态，以使得所述一次电源为所述复合电容供电。
11.可选地，所述能量收集电路包括：第一继电器和能量收集器，其中：
12.所述第一继电器的第一预设引脚与所述能量收集器的正极相连，所述第一继电器
的第二预设引脚与所述能量收集器的负极相连，用于采集所述能量收集器产生的电能；
13.所述第一继电器的第三预设引脚与所述复合电容的正极相连，所述第一继电器的第四预设引脚和所述复合电容的负极相连，用于将所述电能传输至所述复合电容。
14.可选地，所述电源管理电路包括：第二继电器和稳压芯片，其中：
15.所述第二继电器的第一预设引脚和所述复合电容的正极相连，所述第二继电器的第二预设引脚和所述复合电容的负极相连，用于获取所述复合电容的电压信号；
16.所述稳压芯片用于对所述复合电容的电压信号进行稳压处理，获得目标电压信号。
17.可选地，所述电源管理电路还包括：主控制器和电压采样电路，其中：
18.所述主控制器的预设引脚与所述电压采样电路连接，所述电压采样电路用于每间隔预设时间段采集所述目标电压信号，并将所述目标电压信号传输至所述主控制器；
19.所述主控制器用于将所述目标电压信号转换为所述当前电压值，并根据所述当前电压值与所述上一电压值的关系，控制所述理想二极管产生对应的工作状态，以实现对电源充电的管理。
20.可选地，所述电压采样电路包括运算放大器，其中：
21.所述运算放大器与所述复合电容相连，用于在所述主控制器将所述目标电压信号转换为所述当前电压值之前，对所述目标电压信号进行放大处理。
22.可选地，所述理想二极管的预设引脚与所述主控制器连接。
23.可选地，所述复合电容与物联网设备相连，以使用存储至所述复合电容的电能为所述物联网设备供电。
24.可选地，所述一次电源为锂亚电池。
25.可选地，所述能量收集器为芯片bq25504。
26.本实用新型实施例的电源充电管理系统包括：能量收集电路、电源管理电路、理想二极管、一次电源和复合电容；能量收集电路与复合电容相连；能量收集电路用于收集太阳能以产生电能，并将电能传输至复合电容；电源管理电路用于每间隔预设时间段采集从能量收集电路传输至复合电容的当前电压值，并将当前电压值与上一电压值进行比对，根据当前电压值与上一电压值的关系，控制理想二极管产生对应的工作状态，以实现对电源充电的管理，上一电压值为上一预设时间段从能量收集电路传输至复合电容的电压值。通过电源管理电路比对复合电容的当前电压值和上一电压值的方式决定下一预设时间段是采用一次电源供电还是采用复合电容供电，通过将太阳能储存在复合电容中的方式，无需额外增加可充电源，减小了电源充电管理系统的体积，解决了现有方案中一次电源和充电电源切换时，因切换电源导致的系统供电不稳定的问题，且本方案中一次电源无需持续向复合电容充电，取得了提升一次电源的利用率，节省一次电源能量的有益效果。
27.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型实施例的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用
的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1是本实用新型实施例提供的一种电源充电管理系统的一个结构示意图；
30.图2是本实用新型实施例提供的另一种电源充电管理系统的一个结构示意图；
31.图3是本实用新型实施例提供的一种电源充电管理方法的一个流程示意图。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
33.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
34.图1是本实用新型实施例提供的一种电源充电管理系统的一个结构示意图，本实施例可适用于在电源充电管理系统中同时存在多种充电电源需要进行电源切换的情况，该系统可以由电源充电管理方法来执行，具体地，请参考图1，该系统包括能量收集电路10、电源管理电路20、理想二极管30、一次电源40和复合电容50。
35.其中，能量收集电路10与复合电容50相连；理想二极管30的一端与一次电源40相连，理想二极管30的另一端与复合电容50相连；电源管理电路20分别与复合电容50和理想二极管30相连。
36.复合电容50具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。通过能量收集电路10与复合电容50相连的方式，可直接将能量收集电路10收集到的太阳能存储到复合电容50中，通过复合电容50为物联网系统供电，相比于传统的电源充电管理系统，无需可充电电源，减小了电源充电管理系统的体积，降低了系统组成成本。
37.理想二极管30为一种正向压降为0，反向漏电流为0的二极管。基于理想二极管30通过一次电源40为复合电容50充电的方式，可以防止复合电容50为一次性电池进行反充电，本实用新型实施例通过使用理想二极管30，可以消除普通二极管带来压降，以及消除了普通二极管内阻所带来的长期损耗，而且理想二极管30的通路可由电源管理电路控制，能够达到自由地控制理想二极管30工作状态，能够提高一次电源40的利用率，使得一次电源40的能量利用率达到最大化。
38.本实用新型实施例提供的一次电源40可以通过锂亚电池来实现，锂亚电池具备能量密度大、容量大以及自放电率低等优点，适合长期工作的设备使用，但是存在放电电流小的缺点，通常只有1-2毫安。因此，本实用新型实施例通过将一次电池40和复合电容50结合后，把能量存储在复合电容50中，可以为多数物联网系统充电，以提高电源充电管理系统的利用率。
39.具体地，能量收集电路10用于收集太阳能以产生电能，并将电能传输至复合电容
50。复合电容50将能量收集电路10传输的电能进行存储。进一步地，复合电容50与物联网系统相连，以便于使用存储至复合电容50的电能为物联网系统供电。
40.电源管理电路20用于每间隔预设时间段采集从能量收集电路10传输至复合电容50的当前电压值，并将当前电压值与上一电压值进行比对，根据当前电压值与上一电压值的关系，控制理想二极管30产生对应的工作状态，以实现对电源充电的管理。其中，上一电压值为上一预设时间段从能量收集电路10传输至复合电容50的电压值。
41.电源管理电路20将当前电压值与上一电压值进行比对时，若当前电压值小于上一电压值，则表明当前时刻能量收集电路10收集的电量相比于上一时刻收集的电量较小，可能存在不足以满足下一时刻物联网系统所需的电量的情况，则此时需控制理想二极管打开，使得理想二极管处于导通状态，使用一次电源为复合电容供电，从而使得物联网系统能够得到不间断的电源。
42.可选地，在根据当前电压值与上一电压值的关系，控制理想二极管30产生对应的工作状态时，当前电压值与上一电压值的关系还可以为，判断电压值与上一电压值的差值是否小于预设数值，若小于预设数值，则控制理想二极管产生对应的工作状态。当前控制理想二极管产生对应的工作状态可以为，理想二极管打开状态，或理想二极管关闭状态。
43.可选地，本实用新型实施例提供的电源充电管理系统，上述控制理想二极管30产生对应的工作状态的方式，不以电源管理电路20比对传输至复合电容50的当前电压值和上一电压值的方式为限制，相应地，还可以比对传输至复合电容50的当前电流值和上一电流值，或者比对传输至复合电容50的当前功率值和上一功率值等，具体以开发人员的实际需求为准。
44.可选地，上述预设时间段的取值大于或者等于10分钟。
45.一种优选实施例，在电源管理电路20根据当前电压值与上一电压值的关系，控制理想二极管30产生对应的工作状态时，具体可使用如下方式：
46.在当前电压值大于上一电压值时，电源管理电路20控制理想二极管30处于关闭状态，以使得能量收集电路10为复合电容50供电。在电源管理电路20判断当前电压值不大于上一电压值时，控制理想二极管30处于导通状态，以使得一次电源40为复合电容50供电。
47.在当前电压值大于上一电压值时，表明能量收集电路10收集的电能足以满足下一时刻物联网系统所需的电量，因此，控制理想二极管30处于关闭状态，持续采用能量收集电路10为复合电容50供电，以使得复合电容50存储能量收集电路10传输的电能，为物联网系统供电。
48.在当前电压值不大于上一电压值时，表明根据当前电压能量收集电路10收集的电能不足以满足下一时刻物联网系统所需的电量，则电源管理电路控制理想二极管30处于导通状态，使用一次电源40为复合电容50供电，从而使得复合电容50中存储的电能能够持续满足物联网系统所需的电能，复合电容50确保在为物联网系统供电时不会断电。
49.本实用新型实施例提供的电源充电管理系统，包括：能量收集电路、电源管理电路、理想二极管、一次电源和复合电容；能量收集电路与复合电容相连；能量收集电路用于收集太阳能以产生电能，并将电能传输至复合电容；电源管理电路用于每间隔预设时间段采集从能量收集电路传输至复合电容的当前电压值，并将当前电压值与上一电压值进行比对，根据当前电压值与上一电压值的关系，控制理想二极管产生对应的工作状态，以实现对
电源充电的管理，上一电压值为上一预设时间段从能量收集电路传输至复合电容的电压值。通过电源管理电路比对复合电容的当前电压值和上一电压值的方式决定下一预设时间段是采用一次电源供电还是采用复合电容供电，通过将太阳能储存在复合电容中的方式，无需额外增加可充电源，减小了电源充电管理系统的体积，解决了现有方案中一次电源和充电电源切换时，因切换电源导致的系统供电不稳定的问题，且本方案中一次电源无需持续向复合电容充电，取得了提升一次电源的利用率，节省一次电源能量的有益效果。
50.图2是本实用新型实施例提供的另一种电源充电管理系统的一个结构示意图，本实施例与上述实施例之间的关系对上述实施例相应特征的进一步细化。如图2所示，本实用新型实施例提供的电源充电管理系统，能量收集电路10包括：第一继电器11和能量收集器12。
51.在能量收集电路10中，第一继电器11的作用为提供内接引脚和外设引脚，内接引脚用于连接能量收集器12，外设引脚用于连接外接设备(复合电容50)。能量收集器12的作用为收集太阳能。示例性地，在本实用新型实施例中，能量收集器12可以与太阳能面板面板相连，以达到收集太阳能的目的。
52.具体地，如图2所示，第一继电器11的第一预设引脚a与能量收集器12的正极相连，第一继电器11的第二预设引脚b与能量收集器12的负极相连，用于采集能量收集器12产生的电能；第一继电器11的第三预设引脚c与复合电容50的正极相连，第一继电器11的第四预设引脚d和复合电容50的负极相连，用于将电能传输至复合电容50。
53.需要知道的是，第一继电器11除上述提到的第一预设引脚a、第二预设引脚b、第三预设引脚c以及第四预设引脚d外，还包含有其余引脚，其余引脚若未用到，进行悬空即可。
54.在本实用新型实施例中，能量收集器12可以通过芯片bq25504来实现。以bq25504为例，在第一继电器11的第一预设引脚a与能量收集器12的正极相连，第一继电器11的第二预设引脚b与能量收集器12的负极相连时，可通过第一预设引脚a可通过连接bq25504芯片的16号引脚和3号引脚以实现连接能量收集器12的正负极。具体能量收集器12的芯片型号，以及引脚的连接方式在此不作限制。
55.可选地，电源管理电路20包括：第二继电器21和稳压芯片22。
56.在电源管理电路20中，第二继电器21的作用为提供内设引脚和外设引脚，内设引脚用于连接稳压芯片22，内设引脚用于连接外接设备(复合电容50)。
57.稳压芯片22的作用为保护电源管理电路20，防止采集到的复合电容50电压过大而烧断电路。
58.具体地，如图2所示，第二继电器21的第一预设引脚e和复合电容50的正极相连，第二继电器21的第二预设引脚f和复合电容50的负极相连，用于获取复合电容50的电压信号。稳压芯片22用于对复合电容50的电压信号进行稳压处理，获得目标电压信号。
59.目标电压信号可以理解为当前时刻采集到的从能量收集电路10传输至复合电容50的电压信号。
60.需要说明的是，本实用新型实施例提供的第二继电器21的作用和上述提及的第一继电器11的作用相同，可采用与第一继电器11相同的芯片型号以实现相应功能。又由于当前第二继电器21所使用的引脚较少，也可以使用与第一继电器11不同型号的芯片，以减小电源管理电路20中芯片组成的提及。具体第一继电器11和第二继电器21的选取在此不作限
制。
61.可选地，电源管理电路20还包括：主控制器23和电压采样电路24；电压采样电路24包括运算放大器(图中未示出)。
62.具体地，如图2所示，主控制器23的预设引脚与电压采样电路24连接，电压采样电路24用于每间隔预设时间段采集目标电压信号，并将目标电压信号传输至主控制器23。
63.主控制器23用于控制电压采样电路24每间隔预设时间段采集从能量收集电路10传输至复合电容50的电压信号。主控制器23还用于将目标电压信号转换为当前电压值，并根据当前电压值与上一电压值的关系，控制理想二极管30产生对应的工作状态，以实现对电源充电的管理。
64.相应地，理想二极管30中的预设引脚与主控制器连接，以使得主控制器能够根据当前电压值与上一电压值的关系对理想二极管30进行控制。
65.运算放大器与复合电容50相连，用于在主控制器23将目标电压信号转换为当前电压值之前，对目标电压信号进行放大处理。
66.电压采样电路24通过运算放大器当跟随器，通过对采集的目标信号进行放大处理，便于随目标电压信号的识别，在进行放大处理后，将采集的复合电容的放大电压信号再传输至稳压芯片进行稳压处理获得目标电压信号，主控制器目标电压信号转换为当前电压值，并根据当前电压值与上一电压值进行比对，从而控制理想二极管30处于导通状态或关闭状态，以实现对电源充电管理系统中的电源管理。
67.具体地，在当前电压值大于上一电压值时，电源管理电路控制理想二极管30处于关闭状态，以使得能量收集电路为复合电容供电；在当前电压值不大于上一电压值时，控制理想二极管30处于关闭状态，以使得能量收集电路为复合电容供电。
68.可选地，在本实用新型实施例提供的电源充电管理系统中，一次电源40可由锂亚电池实现，示例性地，可以为er34615，容量为19000mah，电压为3.6v。具体一次电池40的类型和型号在此不作限制。
69.可选地，在本实用新型实施例提供的电源充电管理系统中，复合电容50可以为spc1550，最大电容电压4v，标称3.67v，最大瞬间工作电流2a；也可以为超级电容。具体复合电容50的型号在此不作限制。
70.本实用新型实施例提供的电源充电管理系统，将能量收集电路产生的能量传输至复合电容中，使用复合电容为物联网系统进行充电，无需进行多电源来源切换，解决了现有方案中及进行电源切换时带来的系统状态不稳定的问题；通过将能量收集电路产生的能量传输至复合电容中，无需额外增加其余可充电电源，减少了电源充电管理系统的组成体积；通过加入理想二极管，没有压降或压降极低(可忽略)，可提供一次电源的能源利用率；通过电源管理电路对复合电容的电压进行判断的方式，控制理想二极管产生相应的工作状态，一次电源无需持续向复合电容充电，减少了一次电源的能量浪费。
71.图3是本实用新型实施例提供的电源充电管理方法的一个流程示意图，该方法适用于执行本实用新型实施例提供的电源充电管理系统。如图3所示，该方法可以通过如下步骤实现：
72.s110、电源管理电路每间隔预设时间段获取从能量收集电路传输至复合电容的当前电压值。
73.能量收集电路与复合电容相连，用于收集太阳能以产生电能，并将电能传输至复合电容。复合电容将能量收集电路传输的电能进行存储，以便于通过复合电容向物联网系统充电。
74.可选地，上述预设时间段的取值大于或者等于10分钟。
75.s120、电源管理电路根据当前电压值与上一电压值的关系，控制理想二极管产生对应的工作状态，以实现对电源充电的管理。
76.上一电压值为上一预设时间段从能量收集电路传输至复合电容的电压值。
77.理想二极管为一种正向压降为0，反向漏电流为0的二极管。基于理想二极管通过一次电源为复合电容充电的方式，可以防止复合电容为一次性电池进行反充电，本实用新型实施例通过使用理想二极管，可以消除普通二极管带来压降，并且降低了普通二极管本身所带来的损耗，而且理想二极管的通路可由电源管理电路控制，能够达到自由地控制理想二极管工作状态，能够提高一次电源的利用率，使得一次电源的能量利用率达到最大化。
78.一实施例中，上述步骤s120可通过如下步骤实现：
79.a)判断当前电压值是否大于上一电压值。
80.若当前电压值大于上一电压值，执行步骤s122；若当前电压值不大于上一电压值，执行步骤s123。
81.b)控制理想二极管处于关闭状态，以使得能量收集电路为复合电容供电。
82.在当前电压值大于上一电压值时，表明能量收集电路收集的电能足以满足下一时刻物联网系统所需的电量，因此，控制理想二极管处于关闭状态，持续采用能量收集电路为复合电容供电，以使得复合电容存储能量收集电路传输的电能，为物联网系统供电。
83.c)控制理想二极管处于导通状态，以使得一次电源为复合电容供电。
84.若当前电压值小于上一电压值，则表明当前时刻能量收集电路收集的电量相比于上一时刻收集的电量较小，可能存在不足以满足下一时刻物联网系统所需的电量的情况，则此时需控制理想二极管打开，使得理想二极管处于导通状态，使用一次电源为复合电容供电，从而使得物联网系统能够得到不间断的电源。
85.本实用新型实施例提供的电源充电管理方法，通过电源管理电路每间隔预设时间段采集从能量收集电路传输至复合电容的当前电压值，并将当前电压值与上一电压值进行比对，根据当前电压值与上一电压值的关系，控制理想二极管产生对应的工作状态，以实现对电源充电的管理，上一电压值为上一预设时间段从能量收集电路传输至复合电容的电压值。通过电源管理电路比对复合电容的当前电压值和上一电压值的方式决定下一预设时间段是采用一次电源供电还是采用复合电容供电，通过将太阳能储存在复合电容中的方式，无需额外增加可充电源，减小了电源充电管理系统的体积，解决了现有方案中一次电源和充电电源切换时，因切换电源导致的系统供电不稳定的问题，且本方案中一次电源无需持续向复合电容充电，取得了提升一次电源的利用率，节省一次电源能量的有益效果。
86.本实用新型实施例提供的一种电源充电管理方法，相当于在本技术实施例所提供的一种电源充电管理系统基础上提供的一种电源充电管理方法，具备执行该系统相应的功能和有益效果，在此不再赘述。
87.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。
任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。