一種基于可再生能源模塊的充電裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于可再生能源模塊的充電裝置，該模塊包括：殼體、可再生能源模塊組和適配電路單元，其中：可再生能源模塊組置于殼體形成的容納空間內(nèi)，用于采集和存儲(chǔ)可再生能源能量；適配電路單元與可再生能源模塊組電連接，用于利用可再生能源模塊組存儲(chǔ)的能量為外部設(shè)備充電，并對(duì)于充電裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和控制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種不依賴于直流或交流電源的充電裝置，其完全通過(guò)自然環(huán)境來(lái)獲取可再生能源，既解決了傳統(tǒng)充電寶或移動(dòng)電源對(duì)于市電的依賴，還解決了易燃易爆的問(wèn)題，環(huán)保又安全。
【專利說(shuō)明】
-種基于可再生能源模塊的充電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及可再生能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種集可再生能源采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、充 電為一體的充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著手機(jī)、1?3、1?4、？04、？5?、藍(lán)牙耳機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等移動(dòng)設(shè)備^及可穿戴設(shè)備，尤 其是智能手機(jī)的普及，移動(dòng)設(shè)備和/或可穿戴設(shè)備的電池續(xù)航能力越來(lái)越成為一個(gè)影響人 們使用的問(wèn)題。為了解決人們?cè)谑彝鉄o(wú)法利用直流或交流電源對(duì)于移動(dòng)設(shè)備和/或可穿戴 設(shè)備進(jìn)行充電的問(wèn)題，很多人都會(huì)隨身攜帶一個(gè)甚至多個(gè)充電寶或移動(dòng)電源，W在移動(dòng)設(shè) 備和/或可穿戴設(shè)備的電量太低W致于無(wú)法維持其正常工作的情況下，為其進(jìn)行充電。
[0003] 充電寶或移動(dòng)電源指的是自身具有儲(chǔ)電單元且可W直接為移動(dòng)設(shè)備充電的電子 裝置。目前市場(chǎng)上主要品類的多功能性充電寶或移動(dòng)電源，基本都配置有標(biāo)準(zhǔn)USB輸出接 口，從而能夠基本滿足目前市場(chǎng)常見的手機(jī)、MP3、MP4、PDA、PSP、藍(lán)牙耳機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等各種 數(shù)碼產(chǎn)品。
[0004] 但是，充電寶或移動(dòng)電源的使用也存在很多問(wèn)題，比如，由于充電寶或移動(dòng)電源本 身的容量有限，當(dāng)其儲(chǔ)備的電量過(guò)低時(shí)，需要及時(shí)連接電源進(jìn)行充電，W避免出現(xiàn)當(dāng)需要使 用充電寶或移動(dòng)電源為移動(dòng)設(shè)備充電時(shí)，充電寶或移動(dòng)電源的電量卻不足的情況。另外，充 電寶或移動(dòng)電源本身也存在著易燃易爆的危險(xiǎn)性，通常情況下，航空運(yùn)輸對(duì)其均有不同程 度的限制，比如容量限制，運(yùn)就為人們的使用帶來(lái)了眾多的不便。 陽(yáng)〇化]為了解決上述問(wèn)題，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了兩種利用太陽(yáng)能板對(duì)移動(dòng)終端和/或可穿 戴設(shè)備進(jìn)行充電的設(shè)備，其中，第一種設(shè)備是利用太陽(yáng)能直接為移動(dòng)終端和/或可穿戴設(shè) 備進(jìn)行充電，其原理是將若干塊傳統(tǒng)的太陽(yáng)能板串聯(lián)起來(lái)，提供充電接口。該設(shè)備平時(shí)折疊 在一起，使用時(shí)展開置于陽(yáng)光下，為移動(dòng)終端和/或可穿戴設(shè)備充電。但是該設(shè)備并沒有對(duì) 于收集到的太陽(yáng)能運(yùn)一可再生能源進(jìn)行存儲(chǔ)的功能，也就是說(shuō)，該設(shè)備只適用于可方便采 集太陽(yáng)能的環(huán)境，而且該設(shè)備只限于對(duì)于太陽(yáng)能運(yùn)一種能源的利用。第二種設(shè)備比如可W 是帶有太陽(yáng)能板的充電寶或移動(dòng)電源，該設(shè)備利用太陽(yáng)能可W很方便地為充電寶或移動(dòng)電 源進(jìn)行充電，W避免出現(xiàn)上述使用者需要使用充電寶或移動(dòng)電源為移動(dòng)設(shè)備充電時(shí)，充電 寶或移動(dòng)電源的電量卻不足的情況，但是該設(shè)備的問(wèn)題在于，其配置的太陽(yáng)能板的面積有 限，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換利用率過(guò)低，同時(shí)其體積較大，分量較重，不便于攜帶。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于可再生能源模塊的充 電裝置。
[0007] 本發(fā)明提出的一種基于可再生能源模塊的充電裝置包括：殼體、可再生能源模塊 組和適配電路單元，其中：
[0008] 所述可再生能源模塊組置于所述殼體形成的容納空間內(nèi)，用于采集和存儲(chǔ)可再生 能源能量；
[0009] 所述適配電路單元與所述可再生能源模塊組電連接，用于利用所述可再生能源模 塊組存儲(chǔ)的能量為外部設(shè)備充電，并對(duì)于所述充電裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和控制。
[0010] 可選地，所述可再生能源模塊組包括一個(gè)或一個(gè)W上的可再生能源模塊。
[0011] 可選地，所述可再生能源模塊包括：能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層，其中： 所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層之間電連接；所述能量采集層用于采集可再生 能源，并將其轉(zhuǎn)化為W電能形式存在的能量；所述能量管理層用于將所述能量采集層采集 得到的能量傳輸至所述能量存儲(chǔ)層進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)于所述能量采集層和能量存儲(chǔ)層的輸入或 輸出W及可再生能源模塊的狀態(tài)進(jìn)行管理和控制，接收外部輸入信號(hào)及向外部輸出控制和 狀態(tài)信號(hào)，并將所述能量存儲(chǔ)層存儲(chǔ)的電能輸出出去；所述能量存儲(chǔ)層配置有電能輸入和 輸出端口，用于根據(jù)所述能量管理層的控制，通過(guò)電能輸入端口儲(chǔ)存接收到的能量，并通過(guò) 電能輸出端口將能量輸出給所述能量管理層。
[0012] 可選地，所述能量管理層包括冷啟動(dòng)電荷累單元、電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元、充放電保護(hù) 管理單元、最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元、備用能源管理單元、穩(wěn)壓輸出單元，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單 元和中央控制單元，其中：所述冷啟動(dòng)電荷累單元用于在所述可再生能源模塊處于初始狀 態(tài)時(shí)，提供聚能功能；所述電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于對(duì)于所述能量采集層輸出的電能參數(shù)進(jìn) 行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，產(chǎn)生高電平充電脈沖信號(hào)W匹配所述能量存儲(chǔ)層對(duì)于存儲(chǔ)電能所需參數(shù)的 要求；所述充放電保護(hù)管理單元用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述能量存儲(chǔ)層的工作電壓，根據(jù)所述能量 存儲(chǔ)層的工作電壓值，控制所述能量存儲(chǔ)層的充電輸入或放電輸出；所述最大功率點(diǎn)跟蹤 控制單元用于利用最大功率點(diǎn)跟蹤控制所述能量采集層的輸出電壓，W提高所述能量采集 層的輸出效率；所述備用能源管理單元用于監(jiān)測(cè)外界可再生能源及所述可再生能源模塊應(yīng) 用的系統(tǒng)中存在的多種備用電能的強(qiáng)度，并記錄監(jiān)測(cè)結(jié)果W為所述中央控制單元的能源智 能切換提供決策參數(shù)；所述穩(wěn)壓輸出單元用于對(duì)于所述能量存儲(chǔ)層的輸出進(jìn)行穩(wěn)壓和調(diào)壓 操作W達(dá)到工作電壓的要求；所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元用于對(duì)于整個(gè)可再生能源模塊的工作 狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把監(jiān)測(cè)所得到的數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式發(fā)送出去；所述中央控制單 元與各個(gè)單元連接，用于在多種備用能量源之間進(jìn)行智能切換，并對(duì)所述各個(gè)單元進(jìn)行控 制和協(xié)調(diào)。
[0013] 可選地，所述能量采集層包括一層或多層能量采集子層，和/或所述能量管理層 包括一層或多層能量管理子層，和/或所述能量存儲(chǔ)層包括一層或多層能量存儲(chǔ)子層，每 一能量采集子層和能量存儲(chǔ)子層均分別與所述能量管理子層相應(yīng)電連接。
[0014] 可選地，利用基于聚酷亞胺材料的通用基底將所述可再生能源模塊的各膜層結(jié)合 在一起。
[0015] 可選地，所述可再生能源模塊還包括外部封裝層，用于對(duì)于所述能量采集層、能量 管理層和能量存儲(chǔ)層進(jìn)行封裝包裹。
[0016] 可選地，所述可再生能源模塊組具備柔性性質(zhì)，柔性可再生能源模塊組可移動(dòng)地 置于所述殼體所形成的容納空間內(nèi)。
[0017] 可選地，所述適配電路單元包括充電接口、充電電路單元、工作狀態(tài)檢測(cè)單元、工 作狀態(tài)切換單元W及顯示單元，其中：所述充電電路單元與充電接口連接，用于為外部設(shè)備 進(jìn)行充電，并從外部電源獲得電能對(duì)所述可再生能源模塊組進(jìn)行充電；所述工作狀態(tài)檢測(cè) 單元與所述工作模式切換單元連接，用于對(duì)于所述充電裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢 測(cè)到的工作狀態(tài)信息發(fā)送給所述工作模式切換單元；所述工作模式切換單元與所述工作狀 態(tài)檢測(cè)單元、充電電路單元和顯示單元連接，并通過(guò)所述可再生能源模塊組配置的外部接 口與所述可再生能源模塊組的能量管理層連接，用于根據(jù)所述充電裝置的工作狀態(tài)信息、 使用狀態(tài)信息W及所述可再生能源模塊組的輸出狀態(tài)信息對(duì)于所述充電裝置的工作模式 進(jìn)行自動(dòng)切換，并將所述充電裝置的工作狀態(tài)信息、使用狀態(tài)信息、工作模式信息、所述可 再生能源模塊組的輸出狀態(tài)信息和電量信息發(fā)送給所述顯示單元進(jìn)行顯示；所述顯示單元 與所述工作模式切換單元連接，用于顯示所述充電裝置的工作狀態(tài)信息、使用狀態(tài)信息、工 作模式信息W及所述可再生能源模塊組的輸出狀態(tài)信息和電量信息。
[0018] 可選地，所述充電裝置還包括連接部件，所述連接部件安裝于所述充電裝置的殼 體上，用于固定放置所述充電裝置。
[0019] 綜上，本發(fā)明通過(guò)將可再生能源模塊組、適配電路單元等部件集成于一體，從而實(shí) 現(xiàn)了電量的隨時(shí)采集與存儲(chǔ)，并能夠很方便地為手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行充電的功能。缺省情 況下，可再生能源模塊組內(nèi)置于本發(fā)明充電裝置內(nèi)，W實(shí)現(xiàn)所述充電裝置的最小化。當(dāng)可再 生能源模塊組中存儲(chǔ)的電量耗盡或?qū)⒁谋M時(shí)，可W將可再生能源模塊組從所述充電裝置 內(nèi)伸展出來(lái)，利用太陽(yáng)能等可再生能源進(jìn)行充電，從而解決了現(xiàn)有充電寶或移動(dòng)電源必須 要直接或間接連接直流或交流電源進(jìn)行充電的不足。另外，當(dāng)本發(fā)明充電裝置附近存在備 用電池或外接直流電源等外部電源時(shí)，還可切換至外部電源對(duì)于所述充電裝置進(jìn)行充電， W提供多種充電方式。
[0020] 通過(guò)本發(fā)明的上述技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了一種不依賴于直流或交流電源的充電裝置， 其完全通過(guò)自然環(huán)境來(lái)獲取可再生能源，既解決了傳統(tǒng)充電寶或移動(dòng)電源對(duì)于市電的依 賴，還解決了易燃易爆的問(wèn)題，環(huán)保又安全。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于可再生能源模塊的充電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的能量管理層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖4是將能量采集層輸出的低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成高電壓脈沖信號(hào)的示意圖；
[00巧]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[00%] 圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于光能的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解 不意圖；
[0027] 圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于壓電能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu) 分解示意圖；
[0028] 圖8是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于熱電能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu) 分解示意圖；
[0029] 圖9是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于電磁感應(yīng)能量的可再生能源模塊的主要膜層 結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0030] 圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖13是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的各膜層的結(jié)合示意圖；
[0034] 圖14是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的各膜層的結(jié)合示意圖；
[0035] 圖15是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可再生能源模塊組采用卷漉方式置于容納空間內(nèi) 的不意圖；
[0036] 圖16是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可再生能源模塊組采用層疊方式置于容納空間內(nèi) 的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[003引根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出一種基于可再生能源模塊的充電裝置，如圖1所示，所 述充電裝置包括：殼體、可再生能源模塊組和適配電路單元4,其中：
[0039] 所述可再生能源模塊組置于所述殼體形成的容納空間內(nèi)，用于對(duì)可再生能源的能 量進(jìn)行采集和存儲(chǔ)；
[0040] 所述適配電路單元4與所述可再生能源模塊組電連接，用于利用所述可再生能源 模塊組存儲(chǔ)的能量為外部設(shè)備充電，并對(duì)于所述充電裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和控制。
[0041] 其中，所述殼體可呈矩形、圓柱形等形狀，在圖1所示的實(shí)施例中，所述殼體進(jìn)一 步包括可分離的第一殼體2和第二殼體3,所述第一殼體2和第二殼體3可分離地組合形成 所述充電裝置的殼體，W容納所述可再生能源模塊組和適配電路單元4。需要說(shuō)明的是，圖 1僅僅表示一種示例，所述充電裝置殼體的形狀及其結(jié)構(gòu)組成存在多種可能的形式，實(shí)際產(chǎn) 品的外觀可W根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)或配置，本發(fā)明對(duì)于所述充電裝置殼體 的形狀及其結(jié)構(gòu)組成不作任何限制，能夠?qū)崿F(xiàn)容納所述可再生能源模塊組和適配電路單元 4運(yùn)一功能的所有可能的形狀及結(jié)構(gòu)組成均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0042] 其中，所述可再生能源模塊組包括一個(gè)或一個(gè)W上的可再生能源模塊1，圖2是根 據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可再生能源模塊1的截面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，每一個(gè)可再生能源 模塊1進(jìn)一步包括能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13,其中：
[0043] 所述能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13之間電連接；
[0044] 所述能量采集層11用于采集可再生能源，并將其轉(zhuǎn)化為W電能形式存在的能量； W45] 其中，所述可再生能源至少包括光能（Photovoltaic化ergy)、壓電能量 (Piezoelectric !Energy)、熱電能量（Thermoelectric !Energy)、電磁感應(yīng)能量（Ma 即 etic induction !Energy)、人體動(dòng)能能量化inetic !Energy)、生物電能量度io-energy)、環(huán)境噪 音能量巧nviro皿ent Noise Energy)中的一種或幾種，具體地，所述光能包括室外日照和 室內(nèi)照明產(chǎn)生的光能；壓電包括震動(dòng)和壓力變形產(chǎn)生的能量；熱電包括人體環(huán)境溫差和物 體溫差產(chǎn)生的能量；電磁感應(yīng)包括由于震動(dòng)產(chǎn)生的切割磁力線效應(yīng)、無(wú)線信號(hào)源和電磁干 擾產(chǎn)生的能量；所述人體動(dòng)能能量包括利用人體動(dòng)能產(chǎn)生的能量；所述生物電能量包括利 用生物電的方式產(chǎn)生的能量；所述環(huán)境噪音能量包括利用環(huán)境噪音產(chǎn)生的能量。
[0046] 所述能量管理層12用于將所述能量采集層11采集得到的能量傳輸至所述能量存 儲(chǔ)層13進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)于所述能量采集層11和能量存儲(chǔ)層13的輸入或輸出W及所述可再生 能源模塊I的狀態(tài)進(jìn)行管理和控制，接收外部輸入信號(hào)及向外部輸出控制和狀態(tài)信號(hào)，并 將所述能量存儲(chǔ)層13存儲(chǔ)的電能輸出出去；
[0047] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的能量管理層12的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，在 本發(fā)明一實(shí)施例中，所述能量管理層12包括冷啟動(dòng)電荷累單元（Cold Start化arge Pump化it)、電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元（Power Boost化it)、充放電保護(hù)管理單元度atte巧 Controller化it)、最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元（MPPT Controller化it)、備用能源管理單 元度 ackup Power Controller Unit)、穩(wěn)壓牽俞出單元（Low Dropout Regulator Unit)、系 統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元（Sensing and Communication化it)和中央控制單元，其中：
[0048] 所述冷啟動(dòng)電荷累單元用于在所述可再生能源模塊處于初始狀態(tài)，即內(nèi)部零能源 狀態(tài)時(shí)，提供聚能功能，即對(duì)所述冷啟動(dòng)電荷累單元內(nèi)部的電容進(jìn)行充電，W提供初始能量 源；
[0049] 所述電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于對(duì)于所述能量采集層11輸出的電能參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和 調(diào)節(jié)，產(chǎn)生高電平充電脈沖W匹配所述能量存儲(chǔ)層13對(duì)于存儲(chǔ)電能所需參數(shù)的要求；
[0050] 具體地，由于所述能量采集層11輸出的電能參數(shù)往往與所述能量存儲(chǔ)層13所需 要的充電參數(shù)不匹配，例如，如果所述能量采集層11為光伏膜，并在光照強(qiáng)度為500LUX時(shí) 采集并轉(zhuǎn)換得到的輸出電能參數(shù)分別為1. IV和~0. 39mA，而當(dāng)所述能量存儲(chǔ)層13為固態(tài) 裡離子充電膜時(shí)，其充電所需的電能參數(shù)則為4. 2V和〉0.1 mA,很明顯，兩者并不匹配。為 了能夠把所述能量采集層11采集得到的能量存儲(chǔ)到所述能量存儲(chǔ)層13,所述電能參數(shù)轉(zhuǎn) 換單元需要對(duì)于所述能量采集層11輸出的電能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，W滿足所述能量存儲(chǔ)層13 對(duì)于充電參數(shù)的要求，比如，將所述能量采集層11輸出的低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成高電壓脈沖信 號(hào)，如圖4所示，圖4中，Vh表示所述能量采集層11輸出信號(hào)的電壓，V。表示所述能量存儲(chǔ) 層13所要求的充電電壓，Vp表示經(jīng)過(guò)所述電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后得到的脈沖信號(hào)的電 壓。
[0051] 所述充放電保護(hù)管理單元用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述能量存儲(chǔ)層13的工作電壓，根據(jù)所 述能量存儲(chǔ)層13的工作電壓值，控制所述能量存儲(chǔ)層13的充電輸入或放電輸出，即為所述 能量存儲(chǔ)層13的過(guò)度充放電提供動(dòng)態(tài)保護(hù)；
[0052] 具體地，所述能量存儲(chǔ)層13在充電完成后即達(dá)到最高工作電壓，此時(shí)如果繼續(xù)向 所述能量存儲(chǔ)層13進(jìn)行充電，將會(huì)對(duì)其造成不可挽回的損壞，即所謂的過(guò)度充電；另一方 面，所述能量存儲(chǔ)層13在持續(xù)放電后其工作電壓將會(huì)低于最低容許電壓，此時(shí)如果繼續(xù)放 電，也將會(huì)對(duì)所述能量存儲(chǔ)層13造成不可挽回的損壞，為了避免由于過(guò)度充放電對(duì)于所述 能量存儲(chǔ)層13造成的損壞，所述充放電保護(hù)管理單元將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述能量存儲(chǔ)層13的工 作電壓，當(dāng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)所述能量存儲(chǔ)層13的工作電壓高于最高工作電壓，或者低于最低容許 電壓時(shí)，則立即斷開所述能量存儲(chǔ)層13的充電輸入（防止過(guò)度充電）或放電輸出（防止過(guò) 度放電）。
[0053] 所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元用于利用最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT)控制所述能量采集層11的輸出電壓，W提高所述能量采集層11的輸出效 率.
[0054] 最大功率點(diǎn)跟蹤是指，可再生能源采集的功率輸出在某一特定輸出電壓時(shí)會(huì)達(dá)到 最大，通常把運(yùn)一特定電壓點(diǎn)稱作最大功率點(diǎn)，其中，不同可再生能源的最大功率點(diǎn)會(huì)有所 不同，比如對(duì)于光伏可再生能源，其最大功率點(diǎn)一般在開路電壓的70% -80%之間，其中， 開路電壓是指可再生能源在輸出電路斷開（即沒有負(fù)載）的情況下所測(cè)得的輸出電壓；對(duì) 于熱能可再生能源，其最大功率點(diǎn)一般在開路電壓的60% -70%之間。而MPPT的目的就是 保證所述能量采集層11在工作時(shí)的輸出電壓穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)。W光伏可再生能源為例， 假設(shè)光伏可再生能源采集層的開路電壓為1. 2V，經(jīng)過(guò)換算，可W得知其最大功率點(diǎn)的輸出 電壓為1. 2*80%= 0. 96V，那么MPPT控制電路就會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)自身的負(fù)載阻抗（其中，MPPT 控制電路與所述能量采集層11形成連接，MPPT控制電路可W認(rèn)為是負(fù)載部分），來(lái)控制所 述能量采集層11的輸出電壓，從而使所述能量采集層11的輸出電壓穩(wěn)定在0. 96V。根據(jù)實(shí) 驗(yàn)比較計(jì)算，MPPT可W使所述能量采集層11的輸出效率提高30% -40%。
[0055] 所述穩(wěn)壓輸出單元用于對(duì)于所述能量存儲(chǔ)層13的輸出進(jìn)行穩(wěn)壓和調(diào)壓操作W達(dá) 到工作電壓的要求，在應(yīng)用系統(tǒng)中，通常對(duì)工作電壓有著不同的要求，而且在一定的電流范 圍內(nèi)，電壓需要保持不變，所述穩(wěn)壓輸出單元就是用來(lái)保證可再生能源模塊的輸出電壓滿 足系統(tǒng)工作電壓的要求。
[0056] 所述備用能源管理單元用于監(jiān)測(cè)外界可再生能源及所述可再生能源模塊應(yīng)用的 系統(tǒng)中存在的多種備用電能的強(qiáng)度，并記錄監(jiān)測(cè)結(jié)果W為所述中央控制單元的能源智能切 換提供決策參數(shù)，從而優(yōu)化可再生能源能量轉(zhuǎn)換的效率；
[0057] 所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元用于對(duì)于整個(gè)可再生能源模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把 監(jiān)測(cè)所得到的數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式發(fā)送出去，在W物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算為特點(diǎn)的應(yīng)用 中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量使用狀態(tài)可W通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析；
[0058] 所述中央控制單元與上述各個(gè)單元，即與所述冷啟動(dòng)電荷累單元、電能參數(shù)轉(zhuǎn)換 單元、充放電保護(hù)管理單元、最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元、備用能源管理單元、穩(wěn)壓輸出單元 和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元連接，用于在多種備用能量源之間進(jìn)行智能切換，并對(duì)上述各個(gè)單元 進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，從而保證所述能源采集層11和能源存儲(chǔ)層13能夠正常地工作和運(yùn)行。
[0059] 所謂能量源智能切換是指，所述充電裝置還可利用除可再生能源之外的電能來(lái)源 來(lái)儲(chǔ)存能量，比如，所述充電裝置的自備電池或外接直流電源，所述中央控制單元可根據(jù)實(shí) 際應(yīng)用的情況，動(dòng)態(tài)地選擇電能來(lái)源來(lái)儲(chǔ)存能量。比如，假設(shè)所述充電裝置附近存在備用電 池或外接直流電源，則所述中央控制單元可W在外界有光照等可再生能源的時(shí)候選擇由所 述可再生能源模塊來(lái)儲(chǔ)存能量，在晚間等沒有光照或其他可再生能源的時(shí)候，如果所述可 再生能源模塊存儲(chǔ)的能量不能夠滿足供電需要時(shí)，所述中央控制單元就會(huì)選擇備用電池或 外接直流電源來(lái)儲(chǔ)存能量。
[0060] 需要說(shuō)明的是，圖3中對(duì)于能量管理層結(jié)構(gòu)的描述只是一種邏輯上的功能描述， 其不對(duì)能量管理層的具體實(shí)現(xiàn)作出限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要確定具體 實(shí)現(xiàn)方式，比如可W采用SoC (System on化ip)的方式實(shí)現(xiàn)所述能量管理層，也可W采用 使用不同電子元件和連接電路的方式實(shí)現(xiàn)所述能量管理層，本發(fā)明對(duì)于運(yùn)一點(diǎn)不作任何限 定。
[0061] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述能量管理層12由電子元件、控制忍片和安裝所述電子 元件與控制忍片的電路板組成，進(jìn)一步地，所述電路板又分為柔性電路板和非柔性電路板 (比如普通FR-4電路板）。與非柔性電路板相比，柔性電路板具有體積小、重量輕、厚度薄， 柔性的特點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中，除非對(duì)于電路板的強(qiáng)度有特殊的要求，所述電路板通常采 用柔性電路板。
[0062] 在本發(fā)明另一實(shí)施例中，所述能量管理層12為柔性光能調(diào)節(jié)印制電路。
[0063] 如上所述，所述能量管理層12也可采用其他控制電路，對(duì)此本發(fā)明不作具體限 審IJ，所有能夠?qū)崿F(xiàn)上述能量管理層12的功能的控制電路均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0064] 所述能量存儲(chǔ)層13配置有電能輸入和輸出端口，用于根據(jù)所述能量管理層12的 控制，通過(guò)電能輸入端口將接收到的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，并通過(guò)電能輸出端口將能量輸出給所 述能量管理層12, W備后續(xù)為后級(jí)負(fù)載提供能量。 陽(yáng)0化]其中，所述能量存儲(chǔ)層13為能量?jī)?chǔ)存裝置，比如超薄裡離子聚合物、固態(tài)裡離子 充電膜等可充放電類儲(chǔ)電單元，其中，所述固態(tài)裡離子充電膜的無(wú)記憶充放電次數(shù)巧000 次，放電區(qū)間為4. 2-2. 6伏。
[0066] 當(dāng)然，所述能量存儲(chǔ)層13也可采用其他能量?jī)?chǔ)存裝置，對(duì)此本發(fā)明不作具體限 審IJ，所有能夠進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存的裝置或元件均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0067] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，比如當(dāng)所述可再生能源模塊設(shè)置于所應(yīng)用系統(tǒng)的外部，貝U 所述可再生能源模塊還包括外部封裝層10,如圖5所示，所述外部封裝層10對(duì)于所述能量 采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層進(jìn)行封裝包裹，相反地，如果所述可再生能源模塊設(shè)置于 所應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部，則所述外部封裝層10可W省去。
[0068] 所述外部封裝層10對(duì)于所述能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13等中 間層進(jìn)行封裝包裹，W形成所述可再生能源模塊，其中，所述外部封裝層10封裝包裹的內(nèi) 部空間呈真空壓緊狀態(tài)，所述外部封裝層10不僅能夠使可再生能源通過(guò)，而且還能夠起到 固定壓緊中間層、防水、防塵、防化學(xué)污染的作用。 W例其中，所述外部封裝層10配置有電信號(hào)輸入/輸出（I/O)接口，所述電信號(hào)輸入 /輸出（I/O)接口與內(nèi)部所述能量管理層12電連接，分別用于接收外部輸入信號(hào)或輸出內(nèi) 部信號(hào)，其中，所述外部輸入信號(hào)包括但不限于備用電源的輸入信號(hào)、外部系統(tǒng)狀態(tài)和控制 輸入信號(hào)等信號(hào)；所述內(nèi)部信號(hào)包括但不限于電能輸出信號(hào)、所述可再生能源模塊的狀態(tài) 和控制輸出信號(hào)等信號(hào)。
[0070] 其中，對(duì)于不同的可再生能源，所述外部封裝層10的制作工藝及使用材料均有所 不同，具體將在下文中進(jìn)行說(shuō)明。
[0071] 通常情況下，為了減少電路走線的長(zhǎng)度，可將所述能量管理層12放置于所述能量 采集層11和能量存儲(chǔ)層13的中間。
[0072] 上文提及，本發(fā)明可再生能源模塊可采集光能、壓電能量、熱電能量、電磁感應(yīng)能 量、人體動(dòng)能能量、生物電能量、環(huán)境噪音能量等可再生能源，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換、管理和存 儲(chǔ)，并在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)設(shè)備提供電能，但是對(duì)于不同類型的可再生能源，能量采集層11 的選用有所不同，接下來(lái)分別針對(duì)光能、壓電能量、熱電能量、電磁感應(yīng)能量等四種已經(jīng)具 備商業(yè)化和規(guī)模產(chǎn)量的可再生能源，對(duì)于其相應(yīng)的能量采集層11的設(shè)置一一進(jìn)行說(shuō)明。 W73] 對(duì)于光能，所述能量采集層11可W采用可采集光子能量的發(fā)電單元 (Photovoltaic化ergy Harvesting化it),比如神化嫁光伏膜等光伏發(fā)電單元，其厚度在 110um+-40um之間，神化嫁半導(dǎo)體材料與傳統(tǒng)的娃材料相比，其電子移動(dòng)率為娃材料的5. 7 倍，它具有高光子轉(zhuǎn)化率、高電子遷移率、寬禁帶、直接帶隙W及消耗功率低等特性。采用神 化嫁光伏膜作為能量采集層11，可高效地采集外界環(huán)境中的光能。
[0074] 另外，所述神化嫁光伏膜超薄且具有柔性，其厚度僅為數(shù)微米，因此，無(wú)論在室內(nèi) 還是室外均可適用。
[00巧]進(jìn)一步地，所述神化嫁光伏膜可為單結(jié)（光轉(zhuǎn)化效率為28. 8% )或雙結(jié)（光轉(zhuǎn)化 效率為30. 8% )太陽(yáng)能電池片。
[0076] 圖6是本發(fā)明基于光能的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖，如圖6所 示，對(duì)于基于光能的可再生能源模塊，能量采集層11 (神化嫁光伏膜）收集外界環(huán)境中的光 能，并將收集得到的光能轉(zhuǎn)換為電能，然后經(jīng)能量管理層12的管理和控制儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ) 層13中，W在需要的時(shí)候?yàn)楹蠹?jí)負(fù)載提供能量。
[0077] 當(dāng)然，所述能量采集層11也可采用其他可采集光子能量的發(fā)電單元，對(duì)此本發(fā)明 不作具體限制，所有能夠有效采集光子能量的發(fā)電元件均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0078] 需要特別說(shuō)明的是，對(duì)于采集光能的可再生能源模塊，需要封裝時(shí)，位于能量采集 層一側(cè)的外部封裝層10使用的封裝材料應(yīng)具備良好的透光性，即，所述外部封裝層10的制 作材料不能阻礙波長(zhǎng)在350nm-850nm之間的光線的通過(guò)；對(duì)于具有柔軟超薄特征的可再生 能源模塊，所述外部封裝層10的厚度最好不要超過(guò)被封裝物體厚度的20% -30%。
[0079] 對(duì)于壓電能量，所述能量采集層11可W采用具有壓電能量采集功能的發(fā)電單元 (Piezoelectric Elnergy Harvesting Unit),比如壓電震動(dòng)發(fā)電膜，其厚度在 410um+-40um 之間，所述微電震動(dòng)發(fā)電膜能夠在存在變形彎曲、震動(dòng)等的情況下產(chǎn)生電流。圖7是本發(fā)明 基于壓電能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖，如圖7所示，對(duì)于基于壓電 能量的可再生能源模塊，能量采集層11 (壓電震動(dòng)發(fā)電膜）收集外界環(huán)境中由于變形彎曲、 震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能，并將收集得到的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，然后經(jīng)能量管理層12的管理和控 制儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)層13中，W在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)負(fù)載提供能量。
[0080] 當(dāng)然，所述能量采集層11也可采用其他可采集壓電能量的發(fā)電單元，對(duì)此本發(fā)明 不作具體限制，所有能夠有效采集壓電能量的發(fā)電元件均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0081] 需要特別說(shuō)明的是，對(duì)于采集壓電能量的可再生能源模塊，需要封裝時(shí)，所述外部 封裝層10使用的制作材料需要具備良好的延展性，不能對(duì)震動(dòng)源產(chǎn)生屏蔽作用；對(duì)于具有 柔軟超薄特征的可再生能源模塊，所述外部封裝層10的厚度最好不要超過(guò)被封裝物體厚 度的 10% -15%。
[0082] 對(duì)于熱電能量，所述能量采集層11可W采用具有熱電能量采集功能的發(fā)電單元 (Thermoelectric化ergy Harvesting化it),比如熱電發(fā)電膜等熱電發(fā)電單元，其厚度在 600um+-40um之間，所述熱電發(fā)電膜能夠在存在溫差的情況下產(chǎn)生電流。
[0083] 具體地，所述熱電發(fā)電膜通過(guò)熱電效應(yīng)（Thermoelectric Effect)利用介質(zhì)兩面 的溫差來(lái)產(chǎn)生電流。目前熱電發(fā)電膜處于從理論向商業(yè)化產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的階段，對(duì)于所述熱電 發(fā)電膜的介紹，可參見 W下鏈接：http://ieeexplore. ieee. org/xpl/login. jsp ?化= fcarnumber = 6576100&u;rl = 3A% 2F% 2Fieeexplore. ieee. org% 2Fxpls% 2尸油3_ all.jsp % SFarnumber % 3D657610 0 和 http://www. perpetuapower. com/technology. htm。圖8是本發(fā)明基于熱電能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖，如圖8所 示，對(duì)于基于熱電能量的可再生能源模塊，能量采集層11 (熱電發(fā)電膜）收集外界環(huán)境中由 于高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g的溫差產(chǎn)生的熱能，并將收集得到的熱能轉(zhuǎn)換為電能，然后經(jīng) 能量管理層12的管理和控制儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)層13中，W在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)負(fù)載提供能 量。
[0084] 當(dāng)然，所述能量采集層11也可采用其他可采集熱電能量的發(fā)電單元，對(duì)此本發(fā)明 不作具體限制，所有能夠有效采集熱電能量的發(fā)電元件均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0085] 需要特別說(shuō)明的是，對(duì)于采集熱能的可再生能源模塊，需要封裝時(shí)，位于能量采集 層一側(cè)的外部封裝層10使用的制作材料應(yīng)具備良好的熱傳導(dǎo)性，比如導(dǎo)熱系數(shù)A不小于 lOOW/m ? K的制作材料，如果所使用的制作材料達(dá)不到所要求的上述導(dǎo)熱系數(shù)，可W通過(guò)在 外部封裝層10的表面開孔或者降低外部封裝層10厚度的方法來(lái)提高其熱傳導(dǎo)效率。可選 地，在所述可再生能源模塊與熱源體接觸的一面不進(jìn)行封裝，即不設(shè)置封裝層；對(duì)于具有柔 軟超薄特征的可再生能源模塊，所述外部封裝層10的厚度最好不要超過(guò)被封裝物體厚度 的 10% -15%。
[0086] 對(duì)于電磁感應(yīng)能量，所述能量采集層11采用可采集電磁感應(yīng)能量的發(fā)電單元 巧Iectromagnetic Elnergy Harvesting Unit),比如電磁感應(yīng)發(fā)電膜等電磁感應(yīng)發(fā)電單元， 其厚度在200um+-40um之間，所述電磁感應(yīng)發(fā)電膜能夠在感應(yīng)電磁場(chǎng)下產(chǎn)生電流。
[0087] 其中，可采集電磁感應(yīng)能量的薄膜的工作原理與近場(chǎng)通信（NFC)的天線功能類 似，即利用電路板上走線（比如銅線）組成的線圈在外界電磁場(chǎng)感應(yīng)下產(chǎn)生電流，其產(chǎn)生電 流的強(qiáng)度與外界感應(yīng)磁場(chǎng)的強(qiáng)度、線圈的繞數(shù)及面積有關(guān)。另外，由于同為電路板制成，為 了簡(jiǎn)化所述可再生能源模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可將采集電磁感應(yīng)能量的薄膜與所述能源管理層 12合并，比如，在所述能源管理層12的柔性電路板的外圍由銅走線形成多條感應(yīng)線圈，在 柔性電路板的內(nèi)部布置所述能源管理層12所需要的電子元件和忍片。
[0088] 圖9是本發(fā)明基于電磁感應(yīng)能量的可再生能源模塊的主要膜層結(jié)構(gòu)分解示意圖， 如圖9所示，對(duì)于基于電磁感應(yīng)能量的可再生能源模塊，能量采集層11(電磁感應(yīng)發(fā)電膜） 受到外部磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電磁能（Ambient-radiation)，比如所述能量采集層11從其他無(wú)線 信號(hào)或無(wú)線干擾信號(hào)中獲得電磁能量，或通過(guò)震動(dòng)在所包裹的磁忍周圍產(chǎn)生切割磁力線的 效應(yīng)而產(chǎn)生電磁能，并將收集得到的電磁能轉(zhuǎn)換為電能，然后經(jīng)能量管理層12的管理和控 制儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)層13中，W在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)負(fù)載提供能量。
[0089] 當(dāng)然，所述能量采集層11也可采用其他可采集電磁感應(yīng)能量的發(fā)電單元，對(duì)此本 發(fā)明不作具體限制，所有能夠有效采集電磁感應(yīng)能量的發(fā)電元件均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍 內(nèi)。
[0090] 需要特別說(shuō)明的是，對(duì)于采集電磁感應(yīng)能量的可再生能源模塊，需要封裝時(shí)，所述 外部封裝層10使用的制作材料不能對(duì)電磁信號(hào)有屏蔽作用；對(duì)于具有柔軟超薄特征的可 再生能源模塊，所述外部封裝層10的厚度最好不要超過(guò)被封裝物體厚度的10% -15%。
[0091] 圖10和圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖，該 實(shí)施例中的可再生能源模塊與上文中的實(shí)施例的可再生能源模塊的結(jié)構(gòu)大體相同，而且外 部封裝層10、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13的結(jié)構(gòu)和特征與上文中的實(shí)施例相同或相似， 只是在該實(shí)施例中，所述能量采集層11包括兩層或多層能量采集子層，每一能量采集子層 均與所述能量管理層12電連接，其中，所述多層能量采集子層可W相同，也可W不同，其可 為光能能量采集子層、壓電能量采集子層、熱電能量采集子層、電磁感應(yīng)能量采集子層中的 任意一種。但是需要注意的是，所述多層能量采集子層根據(jù)各能量采集子層的特性進(jìn)行放 置，比如，電磁感應(yīng)能量采集子層和壓電能量采集子層不需要與所采集的能源直接接觸，其 可W放置于中間位置，而光能能量采集子層和熱電能量采集子層需要與采集能源直接接 觸，則需要放置于外部位置，在滿足上述前提下，具備相同或相似特性的能量采集子層可順 序疊放。比如，具備相同或相似特性的多層能量采集子層（111、112、113)依次疊放在所述 能量管理層12的上方，如圖10所示，或者依次穿插設(shè)置在外部封裝層10、能量管理層12、 能量存儲(chǔ)層13之間，如圖11所示，再或者是其他疊放形式。
[0092] 需要說(shuō)明的是，圖10和圖11只是示例性的示出多層能量采集子層的放置位置，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可W了解，在實(shí)際應(yīng)用中，在遵守上述能量采集原則的前提下，各能量采集子 層可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要進(jìn)行放置，本發(fā)明對(duì)于各能量采集子層的放置位置不作具體的限 審IJ，所有合理地、可能的放置方式均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0093] 在該實(shí)施例中，包括多層能量采集子層的可再生能源模塊可同時(shí)或加倍收集外界 環(huán)境中的光能、由于變形彎曲、震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能、由于高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g的溫差產(chǎn) 生的熱能和/或電磁能，并將收集得到的光能、機(jī)械能、熱能和/或電磁能轉(zhuǎn)換為電能，然后 經(jīng)能量管理層12的管理和控制儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)層13中，W在需要的時(shí)候?yàn)楹罄m(xù)負(fù)載提供 能量。
[0094] 圖12是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可再生能源模塊的截面結(jié)構(gòu)示意圖，在該實(shí)施 例中，所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層均為兩層或多層，且順序交叉疊放，并封 裝于外部封裝層10的內(nèi)部，每一能量采集子層和能量存儲(chǔ)子層均與相應(yīng)能量管理子層電 連接，其中，所述外封裝層10的結(jié)構(gòu)和特征均與上文中的實(shí)施例相同或相似，在此不再寶 述。
[00巧]在圖12所示的實(shí)施例中，所述可再生能源模塊包括=層能量采集子層 113)、S層能量管理子層（121、122、123)和S層能量存儲(chǔ)子層（131、132、133)，其中，每一 能量采集子層可W相同，也可W不同，其可為光能能量采集層、壓電能量采集層、熱電能量 采集層、電磁感應(yīng)能量采集層中的任意一種，但是在放置時(shí)，需考慮上文提及的各能量采集 層的特性。
[0096] 在該實(shí)施例中，分別包括兩層或多層功能層的可再生能源模塊可同時(shí)或加倍收集 外界環(huán)境中的光能、由于變形彎曲、震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能、由于高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗g的溫 差產(chǎn)生的熱能和/或電磁能，并將收集得到的光能、機(jī)械能、熱能和/或電磁能轉(zhuǎn)換為電能， 然后分別經(jīng)相應(yīng)能量管理層的管理和控制儲(chǔ)存在相應(yīng)的能量存儲(chǔ)層中，W在需要的時(shí)候?yàn)?后續(xù)負(fù)載提供能量。
[0097] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13通過(guò)基 于聚酷亞胺（Polrimide)材料的通用基底（Common Usage of Pol}dmide Substrate)相結(jié) 合，W形成所述可再生能源模塊。
[0098] 聚酷亞胺任olyimide，PI)是一類具有酷亞胺重復(fù)單元的聚合物，具有適用溫度 廣、耐化學(xué)腐蝕、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。鑒于聚酷亞胺優(yōu)良的物理穩(wěn)定性和絕緣特性，已越來(lái)越 多的被采用作為可再生能源采集產(chǎn)品的基底材料，例如柔軟光伏膜的基底層（Polyimide Substrate of Flexible Photovoltaics),具體可參見W下鏈接所指向的內(nèi)容：http:/7 WWW.dupont.com/content/dam/assets/products-and-services/solar-photov oltaic-materials/assets/dec-Kapton-for-PV. P壯。另外，由于聚酷亞胺層具有良好的機(jī) 械延展性和拉伸強(qiáng)度，能夠有助于提高聚酷亞胺層W及聚酷亞胺層與上面沉積的金屬層之 間的粘合，因此成為柔性電路板制作中不可缺少的材料。通常來(lái)說(shuō)，柔性印刷電路板主要 由五部分組成：基板，常用的材料為聚酷亞胺（PI);銅錐，分為電解銅與壓延銅兩種；接著 劑，一般采用0. 5mil環(huán)氧樹脂熱固膠；保護(hù)膜，表面絕緣用，常用的材料為聚酷亞胺（PI); 補(bǔ)強(qiáng)，用于加強(qiáng)柔性印刷電路板的機(jī)械強(qiáng)度，由運(yùn)五部分組成的柔性印刷電路板是結(jié)構(gòu)最 簡(jiǎn)單的柔性板，叫做單層柔性板。再者，基于聚酷亞胺基底的柔軟膠片固態(tài)電池扣sage Of Polyimide Substrate in thin film solid state batteries)可W大大降低電池的厚度 同時(shí)提供良好的柔軟性，是目前被廣泛使用的膠片固態(tài)電池的基底材料。
[0099] 通過(guò)上文對(duì)于聚酷亞胺基底的物理特性及其應(yīng)用的描述可W發(fā)現(xiàn)，聚酷亞胺基底 在本發(fā)明可再生能源模塊的能量采集層、能量管理層W及能量存儲(chǔ)層所對(duì)應(yīng)的獨(dú)立產(chǎn)品中 都可W作為基底層存在，因此，在本發(fā)明一實(shí)施例中，使用基于聚酷亞胺材料的通用基底實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明可再生能源模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的融合，使之成為獨(dú)立且統(tǒng)一的模塊。
[0100] 圖13是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的各膜層的結(jié)合示意圖，圖13中，所述能量采集層 11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13共用一塊通用基底15,從圖13中可W看出，所述能量采 集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13通過(guò)基于聚酷亞胺材料的通用基底15融合為一 體，形成了所述可再生能源模塊。實(shí)際上，在該實(shí)施例中，通過(guò)所述通用基底15將能量采集 層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13融合為一體后，所述通用底層15已經(jīng)成為了它們共 有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一部分。 陽(yáng)101] 另外，需要說(shuō)明的是，在該實(shí)施例中，所述能量管理層12需選用柔性電路板。 陽(yáng)102] 當(dāng)然，圖13只是對(duì)于能量采集層11、能量管理層12和能量存儲(chǔ)層13結(jié)合方式的 一種示例性說(shuō)明，其并不是通用基底在可再生能源模塊中的唯一結(jié)合方式，比如，對(duì)于電磁 感應(yīng)采集層等沒有基底的能量采集層2來(lái)說(shuō)，通用基底只存在于能量管理層12和能量存儲(chǔ) 層13之間，如圖14所示，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于通用基底的連接對(duì)象W及其自身的存在形式， 本領(lǐng)域技術(shù)人員均可根據(jù)需求靈活設(shè)置。另外，圖13和圖14只是對(duì)于單一能量采集層、能 量管理層和能量存儲(chǔ)層的通用基底進(jìn)行示例性的說(shuō)明，對(duì)于兩層或多層能量采集層、能量 管理層和能量存儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)，可W此類推。 陽(yáng)103] 需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例僅為示意性的說(shuō)明，除了上述實(shí)施例所提及的情況，所 述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)選擇和放置方式還有很多，比如，當(dāng)需要更 大的能量存儲(chǔ)空間來(lái)儲(chǔ)存收集到的能量時(shí)，可僅將能量存儲(chǔ)層設(shè)置為兩層或多層；當(dāng)存在 兩層或多層的能量采集子層時(shí)，為了對(duì)于每一能量采集子層分別進(jìn)行管理，可設(shè)置與能量 采集子層的層數(shù)相對(duì)應(yīng)的能量管理子層和/或能量存儲(chǔ)子層；另外，當(dāng)存在兩層或多層的 能量采集子層、能量管理子層和能量存儲(chǔ)子層時(shí)，他們既可順序疊加放置，也可交叉放置， 只要每一能量采集子層和能量存儲(chǔ)子層均分別與所述能量管理子層相應(yīng)電連接即可?？?之，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際需求的不同，靈活地更改和設(shè)置每一膜層的厚度、各個(gè)膜層 的排列組合方式、放置方式甚至封裝方法，本發(fā)明對(duì)此不作任何限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠 想到的所有可能的修改、等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0104]另外，在能量管理層12采用柔性電路板、其他各膜層采用柔性薄膜的情況下，本 發(fā)明可再生能源模塊1為柔性的，即具備柔性性質(zhì)。
[01化]該實(shí)施例中，所述柔性可再生能源模塊組可通過(guò)多種方式可移動(dòng)地置于所述殼體 所形成的容納空間內(nèi)，比如：折疊方式、卷漉方式、層疊方式等，其目的是為了在有限的容納 空間內(nèi)容納盡可能大面積的柔性可再生能源模塊，W便更有效、更多地采集可再生能源，同 時(shí)還便于抽出和縮回。其中，折疊方式類似于衛(wèi)星或航天飛船采用的太陽(yáng)能板，可折疊地 置于所述殼體所形成的容納空間內(nèi)，并可方便地展開，如圖1所示；卷漉方式類似于卷尺方 式，即所述殼體內(nèi)置有一轉(zhuǎn)軸4,而由柔性可再生能源模塊1組成的柔性可再生能源模塊組 纏繞在所述轉(zhuǎn)軸4上，通過(guò)轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述柔性可再生能源模塊組可轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出所述第 一殼體2和第二殼體3所形成的容納空間，如圖15所示；層疊方式類似于抽拉式的屏風(fēng)，由 柔性可再生能源模塊1組成的柔性可再生能源模塊組平時(shí)疊放在一起置于所述第一殼體2 和第二殼體3形成的容納空間內(nèi)，充電時(shí)展開，如圖16所示。當(dāng)然，也可W采用其它的收納 方式來(lái)收納所述柔性可再生能源模塊組，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明了，所述柔性可再生能源 模塊組的收納方式可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要進(jìn)行靈活的設(shè)置，本發(fā)明對(duì)其不作任何限制，任 何能夠?qū)⑺鋈嵝钥稍偕茉茨K組收納在所述殼體所形成的容納空間內(nèi)的合理的方法 均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 陽(yáng)106] 當(dāng)所述可再生能源模塊組包括一個(gè)W上的可再生能源模塊1時(shí)，一個(gè)W上的可再 生能源模塊1互相之間可W電連接，也可W彼此獨(dú)立存在，但獨(dú)立的一個(gè)W上的可再生能 源模塊1均通過(guò)各自配置的外部接口與所述適配電路單元4連接。另外，當(dāng)所述可再生能 源模塊組包括一個(gè)W上的可再生能源模塊1時(shí)，所述可再生能源模塊1的數(shù)量、采集的可再 生能源類型、所述可再生能源模塊1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)W及可再生能源模塊1的放置方式均可根 據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要靈活設(shè)置，對(duì)此，本發(fā)明不作寶述。 陽(yáng)107] 其中，所述適配電路單元4進(jìn)一步包括充電接口、充電電路單元、工作狀態(tài)檢測(cè)單 元、工作狀態(tài)切換單元W及顯示單元，其中：
[0108] 所述充電電路單元與充電接口連接，用于為移動(dòng)設(shè)備等外部設(shè)備提供充電所需要 的電壓/電流輸出（比如5V、500mA的輸出），W為移動(dòng)設(shè)備等外部設(shè)備進(jìn)行充電，并從外部 電源獲得電能對(duì)所述可再生能源模塊組進(jìn)行充電，W在所述充電裝置附近存在備用電池或 外接直流電源等外部電源時(shí)，切換至外部電源對(duì)于所述可再生能源模塊組進(jìn)行充電。
[0109] 所述充電接口比如可W為USB接口，所述USB接口用于連接USB線纜為外部設(shè)備 充電。當(dāng)然，所述適配電路單元4也可采用其他充電接口，比如MINI USB等接口，也可W同 時(shí)采用多種形式的充電接口，W適應(yīng)不同外部設(shè)備的接口需要。
[0110] 所述工作狀態(tài)檢測(cè)單元與所述工作模式切換單元連接，用于對(duì)于所述充電裝置的 工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的工作狀態(tài)信息發(fā)送給所述工作模式切換單元；
[01川其中，所述充電裝置的工作狀態(tài)包括但不限于打開狀態(tài)和收起狀態(tài)。當(dāng)然，所述充 電裝置的工作狀態(tài)與所述可再生能源模塊組1在容納空間內(nèi)的形成形式密切相關(guān)，本領(lǐng)域 技術(shù)人員根據(jù)上文描述的可再生能源模塊組在容納空間內(nèi)的多種形成形式可了解所述充 電裝置的具體工作狀態(tài)，對(duì)此，本發(fā)明不再寶述。
[0112] 所述工作模式切換單元與所述工作狀態(tài)檢測(cè)單元、充電電路單元和顯示單元連 接，并通過(guò)所述可再生能源模塊組配置的外部接口與所述可再生能源模塊組的能量管理層 12連接，用于根據(jù)所述充電裝置的工作狀態(tài)信息、使用狀態(tài)信息W及所述可再生能源模塊 組的輸出狀態(tài)信息對(duì)于所述充電裝置的工作模式進(jìn)行自動(dòng)切換，并將所述充電裝置的工作 狀態(tài)信息、使用狀態(tài)信息、工作模式信息、所述可再生能源模塊組的輸出狀態(tài)信息和電量信 息發(fā)送給所述顯示單元進(jìn)行顯示；
[0113] 其中，所述充電裝置的使用狀態(tài)包括但不限于有無(wú)外部電源輸入W及有無(wú)外部設(shè) 備接入。
[0114] 所述可再生能源模塊組的輸出狀態(tài)信息包括但不限于所述可再生能源模塊組的 輸出電壓高于或低于容許最低值、輸出電壓高于或低于容許最高值等狀態(tài)信息。
[0115] 所述充電裝置的工作模式包括但不限于充電模式、儲(chǔ)電模式和保護(hù)模式，其中，所 述充電模式表示所述充電裝置正為外部設(shè)備進(jìn)行充電；所述儲(chǔ)電模式表示所述充電裝置正 使用外部電源對(duì)所述可再生能源模塊組進(jìn)行充電；所述保護(hù)模式表示所述充電裝置斷開了 外部設(shè)備與所述可再生能源模組之間的連接。
[0116] 所述充電裝置的工作狀態(tài)信息、使用狀態(tài)信息W及所述可再生能源模塊組的輸出 狀態(tài)信息與所述充電裝置的工作模式之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可參考下表。
[0117]
[0118] 所述顯示單元與所述工作模式切換單元連接，用于顯示所述充電裝置的工作狀態(tài) 信息、使用狀態(tài)信息、工作模式信息W及所述可再生能源模塊組的輸出狀態(tài)信息和電量信 息。
[0119] 其中，所述顯示單元可采用顯示屏或者顯示燈，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)際應(yīng)用中對(duì) 此進(jìn)行靈活的配置或修改，本發(fā)明對(duì)其不作任何限制。
[0120] 另外，所述適配電路單元4放置在所述殼體內(nèi)的位置也可W根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)的 要求進(jìn)行調(diào)整。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明了，所述適配電路單元4充電接口的設(shè)置形式W及 所述適配電路單元4在所述殼體內(nèi)的放置位置可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要進(jìn)行靈活的設(shè)置，本 發(fā)明對(duì)其不作任何限制，任何能夠?yàn)橥獠吭O(shè)備或內(nèi)部可再生能源模塊進(jìn)行充電的接口形式 W及合理的放置方式均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 陽(yáng)121 ] 另外，用于連接所述充電接口和外部設(shè)備的電纜也可W放置在所述充電裝置的內(nèi) 部，運(yùn)樣使用者就不需要另外攜帶充電電纜了，從而使得本發(fā)明的使用更加的方便。 陽(yáng)122] 在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述充電裝置還包括連接部件5,所述連接部件5比如可W 為吊繩，其安裝于所述充電裝置的殼體上，一方面便于所述充電裝置的攜帶，另一方面還可 W利用所述連接部件5將所述充電裝置固定放置在某處，W便于所述可再生能源模塊組采 集、存儲(chǔ)所述可再生能源。
[0123] W上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，W上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于可再生能源模塊的充電裝置，其特征在于，該充電裝置包括：殼體、可再生 能源模塊組和適配電路單元，其中： 所述可再生能源模塊組置于所述殼體形成的容納空間內(nèi)，用于采集和存儲(chǔ)可再生能源 能量； 所述適配電路單元與所述可再生能源模塊組電連接，用于利用所述可再生能源模塊組 存儲(chǔ)的能量為外部設(shè)備充電，并對(duì)于所述充電裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于，所述可再生能源模塊組包括一個(gè)或 一個(gè)以上的可再生能源模塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電裝置，其特征在于，所述可再生能源模塊包括：能量采集 層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層，其中： 所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層之間電連接； 所述能量采集層用于采集可再生能源，并將其轉(zhuǎn)化為以電能形式存在的能量； 所述能量管理層用于將所述能量采集層采集得到的能量傳輸至所述能量存儲(chǔ)層進(jìn)行 存儲(chǔ)，對(duì)于所述能量采集層和能量存儲(chǔ)層的輸入或輸出以及可再生能源模塊的狀態(tài)進(jìn)行管 理和控制，接收外部輸入信號(hào)及向外部輸出控制和狀態(tài)信號(hào)，并將所述能量存儲(chǔ)層存儲(chǔ)的 電能輸出出去； 所述能量存儲(chǔ)層配置有電能輸入和輸出端口，用于根據(jù)所述能量管理層的控制，通過(guò) 電能輸入端口儲(chǔ)存接收到的能量，并通過(guò)電能輸出端口將能量輸出給所述能量管理層。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電裝置，其特征在于，所述能量管理層包括冷啟動(dòng)電荷栗 單元、電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元、充放電保護(hù)管理單元、最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元、備用能源管理 單元、穩(wěn)壓輸出單元，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元和中央控制單元，其中： 所述冷啟動(dòng)電荷栗單元用于在所述可再生能源模塊處于初始狀態(tài)時(shí)，提供聚能功能； 所述電能參數(shù)轉(zhuǎn)換單元用于對(duì)于所述能量采集層輸出的電能參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，產(chǎn) 生高電平充電脈沖信號(hào)以匹配所述能量存儲(chǔ)層對(duì)于存儲(chǔ)電能所需參數(shù)的要求； 所述充放電保護(hù)管理單元用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述能量存儲(chǔ)層的工作電壓，根據(jù)所述能量存 儲(chǔ)層的工作電壓值，控制所述能量存儲(chǔ)層的充電輸入或放電輸出； 所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制單元用于利用最大功率點(diǎn)跟蹤控制所述能量采集層的輸出 電壓，以提高所述能量采集層的輸出效率； 所述備用能源管理單元用于監(jiān)測(cè)外界可再生能源及所述可再生能源模塊應(yīng)用的系統(tǒng) 中存在的多種備用電能的強(qiáng)度，并記錄監(jiān)測(cè)結(jié)果以為所述中央控制單元的能源智能切換提 供決策參數(shù)； 所述穩(wěn)壓輸出單元用于對(duì)于所述能量存儲(chǔ)層的輸出進(jìn)行穩(wěn)壓和調(diào)壓操作以達(dá)到工作 電壓的要求； 所述系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳輸單元用于對(duì)于整個(gè)可再生能源模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把監(jiān)測(cè) 所得到的數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式發(fā)送出去； 所述中央控制單元與各個(gè)單元連接，用于在多種備用能量源之間進(jìn)行智能切換，并對(duì) 所述各個(gè)單元進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電裝置，其特征在于，所述能量采集層包括一層或多層能 量采集子層，和/或所述能量管理層包括一層或多層能量管理子層，和/或所述能量存儲(chǔ)層 包括一層或多層能量存儲(chǔ)子層，每一能量采集子層和能量存儲(chǔ)子層均分別與所述能量管理 子層相應(yīng)電連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電裝置，其特征在于，利用基于聚酰亞胺材料的通用基底 將所述可再生能源模塊的各膜層結(jié)合在一起。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電裝置，其特征在于，所述可再生能源模塊還包括外部封 裝層，用于對(duì)于所述能量采集層、能量管理層和能量存儲(chǔ)層進(jìn)行封裝包裹。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于，所述可再生能源模塊組具備柔性性 質(zhì)，柔性可再生能源模塊組可移動(dòng)地置于所述殼體所形成的容納空間內(nèi)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于，所述適配電路單元包括充電接口、充 電電路單元、工作狀態(tài)檢測(cè)單元、工作狀態(tài)切換單元以及顯示單元，其中： 所述充電電路單元與充電接口連接，用于為外部設(shè)備進(jìn)行充電，并從外部電源獲得電 能對(duì)所述可再生能源模塊組進(jìn)行充電； 所述工作狀態(tài)檢測(cè)單元與所述工作模式切換單元連接，用于對(duì)于所述充電裝置的工作 狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的工作狀態(tài)信息發(fā)送給所述工作模式切換單元； 所述工作模式切換單元與所述工作狀態(tài)檢測(cè)單元、充電電路單元和顯示單元連接，并 通過(guò)所述可再生能源模塊組配置的外部接口與所述可再生能源模塊組的能量管理層連接， 用于根據(jù)所述充電裝置的工作狀態(tài)信息、使用狀態(tài)信息以及所述可再生能源模塊組的輸 出狀態(tài)信息對(duì)于所述充電裝置的工作模式進(jìn)行自動(dòng)切換，并將所述充電裝置的工作狀態(tài)信 息、使用狀態(tài)信息、工作模式信息、所述可再生能源模塊組的輸出狀態(tài)信息和電量信息發(fā)送 給所述顯示單元進(jìn)行顯示； 所述顯示單元與所述工作模式切換單元連接，用于顯示所述充電裝置的工作狀態(tài)信 息、使用狀態(tài)信息、工作模式信息以及所述可再生能源模塊組的輸出狀態(tài)信息和電量信息。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于，所述充電裝置還包括連接部件，所 述連接部件安裝于所述充電裝置的殼體上，用于固定放置所述充電裝置。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK105846482SQ201510017080
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月13日
【發(fā)明人】王昱, 王國(guó)臣
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