基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，包括：印刷電路板、至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)、交直流轉(zhuǎn)換模塊、觸發(fā)模塊以及儲(chǔ)能模塊；交直流轉(zhuǎn)換模塊、觸發(fā)模塊以及儲(chǔ)能模塊都固定設(shè)置于印刷電路板上；所述交直流轉(zhuǎn)換模塊用于將至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；觸發(fā)模塊用于控制所述直流電能的輸出；儲(chǔ)能模塊在所述觸發(fā)模塊的控制下與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接或與負(fù)載連接。本裝置提供一種將儲(chǔ)能器件與能量轉(zhuǎn)換裝置一體集成于PCB板上的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，且能夠?yàn)楹碾娏看蟮钠骷┠堋?br>
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]摩擦起電效應(yīng)被人類(lèi)發(fā)現(xiàn)至今已有幾百年的歷史，但是，由于現(xiàn)有摩擦發(fā)電機(jī)的輸出普遍具有高電壓、低電流和低電荷量的特點(diǎn)，并且摩擦發(fā)電機(jī)的能量輸出往往是一個(gè)可變頻率的短脈沖，故很難實(shí)現(xiàn)為耗電量大的電子器件，如MCU等持續(xù)供電。因此，它需要通過(guò)能量轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)對(duì)耗電量大的電子器件的驅(qū)動(dòng)。
[0003]目前，能量轉(zhuǎn)換電路中一般采用的儲(chǔ)能器件為靜電電容器、超級(jí)電容器、鋰離子電池、鉛酸電池等。通常，會(huì)將電容器作為一級(jí)儲(chǔ)能單元，鋰離子電池等作為二級(jí)儲(chǔ)能單元，且采用外部集成的方式相結(jié)合，即將獨(dú)立的電容器與儲(chǔ)能電路進(jìn)行連接。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)中缺少一種能夠針對(duì)摩擦發(fā)電機(jī)上述能量輸出特點(diǎn)進(jìn)行儲(chǔ)能從而為MCU等耗電器件持續(xù)供電的能量轉(zhuǎn)換裝置，也缺少一種能夠?qū)?chǔ)能器件與上述能量轉(zhuǎn)換裝置一體集成于PCB板上的能量轉(zhuǎn)換裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種針對(duì)摩擦發(fā)電機(jī)能量輸出特點(diǎn)進(jìn)行儲(chǔ)能從而為耗電器件持續(xù)供電，且能夠?qū)?chǔ)能器件與上述能量轉(zhuǎn)換裝置一體集成于PCB板上的能量收集轉(zhuǎn)換裝置。
[0006]本實(shí)用新型提供了一種基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，包括：印刷電路板、至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)、交直流轉(zhuǎn)換模塊、觸發(fā)模塊以及儲(chǔ)能模塊；其中，所述交直流轉(zhuǎn)換模塊、觸發(fā)模塊以及儲(chǔ)能模塊都固定設(shè)置于所述印刷電路板上；
[0007]所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端相連，用于將所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；所述觸發(fā)模塊與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，控制所述直流電能的輸出；
[0008]所述儲(chǔ)能模塊包括至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件，所述儲(chǔ)能元件的輸入/輸出端與所述觸發(fā)模塊相連，所述儲(chǔ)能模塊在所述觸發(fā)模塊的控制下與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接或與負(fù)載連接；
[0009]所述觸發(fā)模塊具備兩個(gè)工作狀態(tài)，在第一工作狀態(tài)下：所述觸發(fā)模塊將所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件之間的連接方式切換為串聯(lián)，切斷所述儲(chǔ)能元件與所述負(fù)載的連接，并將所述儲(chǔ)能元件的輸入/輸出端與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接，接收所述直流電能并存儲(chǔ)；
[0010]在第二工作狀態(tài)下：所述觸發(fā)模塊將所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件之間的連接方式切換為并聯(lián)，切斷所述儲(chǔ)能元件與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的連接，并將所述儲(chǔ)能元件的輸入/輸出端與所述負(fù)載相連，輸出電能給所述負(fù)載供電。
[0011]所述觸發(fā)模塊的兩個(gè)工作狀態(tài)可自由切換，相應(yīng)所述能量收集轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行串聯(lián)存儲(chǔ)電能、并聯(lián)輸出電能。
[0012]可選的，所述觸發(fā)模塊的兩個(gè)工作狀態(tài)通過(guò)手動(dòng)控制切換。
[0013]可選的，所述交直流轉(zhuǎn)換模塊包括：整流電路模塊；所述整流電路模塊的輸入端與所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端相連，用于將所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)輸出的交流脈沖電信號(hào)進(jìn)行整流處理，得到單向脈動(dòng)的直流電信號(hào)。
[0014]可選的，所述交直流轉(zhuǎn)換模塊還包括：濾波電路模塊和穩(wěn)壓電路模塊；
[0015]所述濾波電路模塊的輸入端與所述整流電路模塊的輸出端相連，用于將所述整流電路模塊輸出的單向脈動(dòng)的直流電信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0016]所述穩(wěn)壓電路模塊的輸入端與所述濾波電路模塊的輸出端相連，用于將所述濾波電路模塊輸出的濾除干擾雜波后的單向脈動(dòng)的直流電信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓處理，得到恒定的直流電信號(hào)。
[0017]可選的，在所述儲(chǔ)能元件與所述負(fù)載之間連接有直流/直流轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述儲(chǔ)能元件輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為與負(fù)載的工作電壓匹配的直流電壓。
[0018]可選的，所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)通過(guò)層疊或平鋪的方式設(shè)置在所述印刷電路板上。
[0019]可選的，所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)為風(fēng)力摩擦發(fā)電機(jī)。
[0020]可選的，所述儲(chǔ)能元件為靜電電容器或超級(jí)電容器。
[0021 ] 可選的，所述儲(chǔ)能元件包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的靜電電容器或至少兩個(gè)串聯(lián)連接的超級(jí)電容器。
[0022]可選的，所述超級(jí)電容器為薄膜石墨烯超級(jí)電容器，所述薄膜石墨烯超級(jí)電容器一體設(shè)置在所述印刷電路板上；
[0023]可選的，所述觸發(fā)模塊包括自鎖按鍵開(kāi)關(guān)，所述自鎖按鍵開(kāi)關(guān)包括若干個(gè)子開(kāi)關(guān)，所述子開(kāi)關(guān)包括一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)與一個(gè)常閉觸點(diǎn)，所述子開(kāi)關(guān)的數(shù)量為所述儲(chǔ)能元件的二倍；所述若干個(gè)子開(kāi)關(guān)全部接通常開(kāi)觸點(diǎn)時(shí)，所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件串聯(lián)連接，且串聯(lián)連接后的所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連通，所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與負(fù)載的連接被斷開(kāi)；
[0024]所述若干個(gè)開(kāi)關(guān)全部接通常閉觸點(diǎn)時(shí)，所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件并聯(lián)連接，且并聯(lián)連接后的所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端的連接被斷開(kāi)，所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與所述負(fù)載連通。
[0025]本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出為負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)了無(wú)源化。在該能量收集轉(zhuǎn)換裝置中，由于采用觸發(fā)模塊控制儲(chǔ)能模塊與交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接為儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電，且又由于采用觸發(fā)模塊控制儲(chǔ)能模塊與負(fù)載連接使儲(chǔ)能模塊放電，這不僅提高了充放電的效率，也使得本裝置實(shí)現(xiàn)了為如MCU等耗電量大的器件供能的目的。而且，能量收集轉(zhuǎn)換裝置的各個(gè)組成部件都設(shè)置于PCB板上，該裝置是一種將儲(chǔ)能器件與能量轉(zhuǎn)換裝置一體集成于PCB板上的能量收集轉(zhuǎn)換裝置。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖I示出了本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置實(shí)施例一的功能結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖2a示出了本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供的制作在印刷電路板上的薄膜石墨烯超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2b示出了本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供的制作在印刷電路板上的薄膜石墨烯超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3示出了本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例提供的制作在印刷電路板上的薄膜石墨烯超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4a示出了本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置實(shí)施例二的電路連接不意圖；
[0031]圖4b不出了圖4a所不電路的等效電路不意圖；
[0032]圖5示出了本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置實(shí)施例三的等效電路不意圖；
[0033]圖6a示出了本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置實(shí)施例四的電路連接不意圖；
[0034]圖6b示出了圖6a所示電路的等效電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為充分了解本實(shí)用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不僅僅限于此。
[0036]圖I示出了本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置實(shí)施例一的功能結(jié)構(gòu)框圖。如圖I所示，該能量收集轉(zhuǎn)換裝置包括：印刷電路板（圖中未示出）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PCB板）、至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)10、交直流轉(zhuǎn)換模塊11、觸發(fā)模塊12以及儲(chǔ)能模塊13。交直流轉(zhuǎn)換模塊11、觸發(fā)模塊12以及儲(chǔ)能模塊13都固定設(shè)置于PCB板上。
[0037]至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)10在外力的作用下，發(fā)生機(jī)械形變，從而產(chǎn)生電能?？蛇x地，摩擦發(fā)電機(jī)10可以選用現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開(kāi)的任意形式的摩擦發(fā)電機(jī)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選用，此處不做限定，優(yōu)選拱形結(jié)構(gòu)的摩擦發(fā)電機(jī)；在本實(shí)用新型中亦可選擇現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)公開(kāi)的任意形式的風(fēng)力摩擦發(fā)電機(jī)，優(yōu)選具有自由摩擦層的高頻風(fēng)力摩擦發(fā)電機(jī)。本實(shí)用新型中，摩擦發(fā)電機(jī)的數(shù)量不僅可以為一個(gè)，也可以為多個(gè)，當(dāng)為多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)時(shí)，多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)可以通過(guò)層疊和/或平鋪的方式設(shè)置在PCB板上，例如：當(dāng)PCB板的區(qū)域足夠大時(shí)，多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)可以通過(guò)平鋪的方式進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)PCB板的區(qū)域比較小時(shí)，多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)可以通過(guò)層疊的方式進(jìn)行設(shè)置，此種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是器件集成化，節(jié)省空間。在本實(shí)用新型的另外一種實(shí)現(xiàn)方式中，摩擦發(fā)電機(jī)亦可設(shè)置在PCB板之外，例如：摩擦發(fā)電機(jī)設(shè)置在衣服上，其輸出端通過(guò)導(dǎo)線與交直流轉(zhuǎn)換模塊連接，此時(shí)PCB板及其上設(shè)置的各器件與摩擦發(fā)電機(jī)分體設(shè)置，其可置于衣服口袋內(nèi)等，此種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，靈活度高，同時(shí)可設(shè)置更多的摩擦發(fā)電機(jī)和更大型的摩擦發(fā)電機(jī)，擺脫P(yáng)CB板面積的限制。在本實(shí)用新型的各實(shí)現(xiàn)方式中，摩擦發(fā)電機(jī)的數(shù)量和具體的設(shè)置方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，此處不做限定。另外，多個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)之間可以采用串聯(lián)和/或并聯(lián)的方式進(jìn)行連接，其具體的連接方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，此處不做限定。
[0038]交直流轉(zhuǎn)換模塊11的輸入端與至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)10的輸出端相連，用于將至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)10產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能。具體地，交直流轉(zhuǎn)換模塊11固定設(shè)置于PCB板上，其輸入端可以通過(guò)PCB板上的印制導(dǎo)線與至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)10的輸出端相連，但并不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇其它的連接方式進(jìn)行連接。可選地，交直流轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)一步包括：整流電路模塊、濾波電路模塊和穩(wěn)壓電路模塊。其中，整流電路模塊的輸入端與至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端相連，用于將摩擦發(fā)電機(jī)輸出的交流脈沖電信號(hào)進(jìn)行整流處理，得到單向脈動(dòng)的直流電信號(hào)；濾波電路模塊的輸入端與整流電路模塊的輸出端相連，用于將整流電路模塊輸出的單向脈動(dòng)的直流電信號(hào)進(jìn)行濾波處理；穩(wěn)壓電路模塊的輸入端與濾波電路模塊的輸出端相連，用于將濾波電路輸出的濾除干擾雜波后的單向脈動(dòng)的直流電信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓處理，得到恒定的直流電信號(hào)。對(duì)于交直流轉(zhuǎn)換模塊中的整流電路模塊、濾波電路模塊和穩(wěn)壓電路模塊，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以僅采用整流電路模塊，而不采用濾波電路模塊和穩(wěn)壓電路模塊，且也可以在交直流轉(zhuǎn)換模塊中增加其它的電路，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，此處不做限定。
[0039]儲(chǔ)能模塊13包括至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件（圖中未示），儲(chǔ)能元件的輸入/輸出端與觸發(fā)模塊12相連。具體的，儲(chǔ)能模塊13的各儲(chǔ)能元件固定設(shè)置于PCB板上，其輸入端可以通過(guò)PCB板上的印制導(dǎo)線與觸發(fā)模塊相連，但并不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇其它的連接方式進(jìn)行連接，儲(chǔ)能模塊13在觸發(fā)模塊12的控制下與交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接或與負(fù)載連接，進(jìn)行充電和放電。儲(chǔ)能元件可以選用電容器，如靜電電容器、超級(jí)電容器等儲(chǔ)能元件，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行選擇，此處不做限定。而且，儲(chǔ)能元件還可以由多個(gè)串聯(lián)和/或并聯(lián)的電容器組成，從而提高單個(gè)儲(chǔ)能元件輸出的電能，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行選擇，此處不做限定。
[0040]觸發(fā)模塊12固定設(shè)置于PCB板上，通過(guò)PCB板上的印制導(dǎo)線與交直流轉(zhuǎn)換模塊11的輸出端相連，從而控制交直流轉(zhuǎn)換模塊11輸出直流電能給儲(chǔ)能模塊13充電以及控制儲(chǔ)能模塊13輸出電能給負(fù)載供電。
[0041]應(yīng)當(dāng)注意的是，針對(duì)摩擦發(fā)電機(jī)輸出電能高電壓低電流的特性，為了給儲(chǔ)能模塊持續(xù)充電后，為耗電量較大的器件（如：MCU等）實(shí)現(xiàn)持續(xù)供電，而觸發(fā)模塊12應(yīng)具有兩個(gè)工作狀態(tài)，第一工作狀態(tài)為串聯(lián)充電，第二工作狀態(tài)為并聯(lián)放電，所謂串聯(lián)充電是將儲(chǔ)能模塊的各儲(chǔ)能元件串聯(lián)連接，并切斷儲(chǔ)能元件與負(fù)載的連接，將交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與串聯(lián)連接的儲(chǔ)能元件連接，輸出直流電能給儲(chǔ)能元件充電；所謂并聯(lián)放電是將儲(chǔ)能模塊的各儲(chǔ)能元件并聯(lián)連接，并切斷儲(chǔ)能元件與交直流轉(zhuǎn)換模塊的連接，將并聯(lián)連接的儲(chǔ)能元件的輸出端與負(fù)載連接，使儲(chǔ)能模塊輸出電能給負(fù)載供電。通過(guò)觸發(fā)模塊兩個(gè)工作狀態(tài)的相互切換，實(shí)現(xiàn)基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置的串聯(lián)串聯(lián)充電及并聯(lián)放電的工作過(guò)程，其中串聯(lián)充電即儲(chǔ)能元件串聯(lián)存儲(chǔ)電能，并聯(lián)放電即儲(chǔ)能元件并聯(lián)輸出電能。
[0042]本實(shí)施中，觸發(fā)模塊12的兩個(gè)工作狀態(tài)可以通過(guò)手動(dòng)控制切換，亦可通過(guò)設(shè)置機(jī)械自動(dòng)切換結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。手動(dòng)控制切換時(shí)，觸發(fā)模塊可選帶有自鎖功能的按鍵開(kāi)關(guān)，通過(guò)人為的控制按壓開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型技術(shù)方案的串聯(lián)存儲(chǔ)電能與并聯(lián)輸出電能，自鎖按鍵開(kāi)關(guān)包括若干個(gè)子開(kāi)關(guān)，每個(gè)子開(kāi)關(guān)包括一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)與一個(gè)常閉觸點(diǎn)，子開(kāi)關(guān)的數(shù)量為儲(chǔ)能元件的二倍；當(dāng)若干個(gè)子開(kāi)關(guān)全部接通常開(kāi)觸點(diǎn)時(shí)，至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件串聯(lián)連接，且串聯(lián)連接后的至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連通，至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與負(fù)載的連接被斷開(kāi)；當(dāng)若干個(gè)子開(kāi)關(guān)全部接通常閉觸點(diǎn)時(shí)，至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件并聯(lián)連接，且并聯(lián)連接后的至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端的連接被斷開(kāi)，至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與所述負(fù)載連通。自動(dòng)控制切換時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以選用適當(dāng)機(jī)械機(jī)構(gòu)，結(jié)合上述自鎖按鍵開(kāi)關(guān)使用，如通過(guò)齒輪與杠桿機(jī)構(gòu)的結(jié)合，設(shè)置為當(dāng)摩擦發(fā)電機(jī)每被觸發(fā)5次并輸出電能后按壓自鎖按鍵開(kāi)關(guān)一次，以切換其工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制切換，其中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要設(shè)置不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)與觸發(fā)模式，此處不做限定。
[0043]可選地，為了使儲(chǔ)能模塊輸出的電壓與負(fù)載的工作的電壓相匹配，在儲(chǔ)能元件與負(fù)載之間連接直流/直流轉(zhuǎn)換模塊（CD/CD轉(zhuǎn)換模塊），用于將儲(chǔ)能元件輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為與負(fù)載的工作電壓相匹配的直流電壓，當(dāng)然，如果儲(chǔ)能元件輸出的電壓與負(fù)載的工作電壓相匹配，也可以直接將儲(chǔ)能元件輸出的電壓供給給負(fù)載使用，此處不做限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
[0044]本實(shí)施例中，儲(chǔ)能元件可以具體為薄膜石墨烯超級(jí)電容器，可以將薄膜石墨烯超級(jí)電容器直接制備在PCB板上，其輸入/輸出端通過(guò)PCB板上的印制導(dǎo)線與觸發(fā)模塊相連，從而與PCB板形成一體式結(jié)構(gòu)。
[0045]下面首先介紹一下在PCB板上制作薄膜石墨烯超級(jí)電容器的方法。
[0046]步驟一：設(shè)計(jì)電路，在PCB板上預(yù)留制備薄膜石墨烯超級(jí)電容器的區(qū)域，制作PCB板。
[0047]步驟二 ：在集流體襯底（即PCB板上的焊盤(pán)充當(dāng)集流體襯底）形成的待滴涂區(qū)域內(nèi)滴涂氧化石墨溶液，待干燥成型后，采用激光雕刻的方法使氧化石墨還原成石墨烯。
[0048]在滴涂氧化石墨溶液時(shí)，可先在集流體襯底處設(shè)置厚度為O. Imm-Imm的PET或PMMA亞克力板模型，將氧化石墨溶液滴在模型成膜區(qū)，干燥后揭去模型，在進(jìn)行激光雕刻還原成石墨烯電極。石墨烯電極的形狀可以為平行條狀或者叉指狀等。
[0049]步驟三：刷涂導(dǎo)電銀漆作為引出電極，然后將雕刻好電極的PCB板置于手套箱中，注入半固態(tài)電解液（納米二氧化硅和I-丁基3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽（BMMNTF2)的混合物），Ig離子液體：0. 03g氧化硅（質(zhì)量比），氧化硅的用量根據(jù)電解質(zhì)的粘稠度來(lái)調(diào)，把半固態(tài)電解質(zhì)裝在小瓶里，倒立過(guò)來(lái)，短時(shí)間內(nèi)沒(méi)有明顯的向下流的跡象就行了，然后采用PDMS等進(jìn)行封裝。
[0050]應(yīng)當(dāng)注意的是，采用激光雕刻法得到的石墨烯電極，其表面的還原效果更好，因此采用導(dǎo)電銀漆將還原性最好的石墨烯電極的表面與集流體襯底相連。
[0051]步驟四：待電解液充分浸潰電極后，測(cè)試薄膜石墨烯超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。
[0052]依照上述方法制備而成的薄膜石墨烯超級(jí)電容器包括：制作在PCB板上的兩個(gè)焊盤(pán)，分別作為薄膜石墨烯超級(jí)電容器的第一集流體襯底和第二集流體襯底；通過(guò)激光雕刻還原處理位于第一集流體襯底和第二集流體襯底形成的待滴涂區(qū)域內(nèi)的氧化石墨薄膜制成的圖形化的第一石墨烯電極和第二石墨烯電極，其中，氧化石墨薄膜由氧化石墨溶液干燥成型后形成，第一石墨烯電極和第二石墨烯電極為薄膜石墨烯超級(jí)電容器的輸出端；以及封裝結(jié)構(gòu)，封裝結(jié)構(gòu)將第一石墨烯電極和第二石墨烯電極封裝為薄膜石墨烯超級(jí)電容器。
[0053]圖2a示出了本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例提供的制作在印刷電路板上的薄膜石墨烯超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2a所示，薄膜石墨烯超級(jí)電容器包括：平行條狀的第一石墨烯電極21A和第二石墨烯電極22A，分別位于第一集流體襯底23A和第二集流體襯底24A上；則該實(shí)施例中，待滴涂區(qū)域?yàn)榈谝患黧w襯底23A和第二集流體襯底24A滴涂有氧化石墨溶液的表面；其中，第一集流體襯底23A和第二集流體襯底24A為制作在PCB板上的具有預(yù)設(shè)尺寸的焊盤(pán)；第一集流體襯底23A和第二集流體襯底23B之間留有間距27A，該間距27A通常為O.不宜過(guò)大或過(guò)小,若間距27A小于O. 4mm,容易引起第一石墨烯電極
2IA和第二石墨烯電極22A之間的短路，若間距27A過(guò)大，則不利于離子在電極之間的遷移，這會(huì)增大薄膜石墨烯超級(jí)電容器的充放電時(shí)間?？蛇x地，薄膜石墨烯超級(jí)電容器還包括：位于第一石墨烯電極2IA引出側(cè)的第一導(dǎo)電銀漆25 A和位于第二石墨烯電極22A引出側(cè)的第二導(dǎo)電銀漆26A ;第一導(dǎo)電銀漆25A與第一石墨烯電極21A和第一集流體襯底23A接觸，第二導(dǎo)電銀漆26A與第二石墨烯電極22A和第二集流體襯底24A接觸。其中，第一石墨烯電極21A引出側(cè)和第二石墨烯電極22A引出側(cè)是指直接接受激光雕刻的一側(cè)。
[0054]第一導(dǎo)電銀漆25A和第二導(dǎo)電銀漆26A主要用于提高電荷收集特性及保證石墨烯與集流體襯底之間良好的電氣接觸。由于石墨烯本身具有高電導(dǎo)性，可根據(jù)情況，選擇省略導(dǎo)電銀漆。
[0055]圖2b示出了本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供的制作在印刷電路板上的薄膜石墨烯超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2b所示，第一石墨烯電極21B和第二石墨烯電極22B的尺寸相同，都為4mmX 4mm,第一集流體襯底23B和第二集流體襯底24B的尺寸為4mmX6mm,第一集流體襯底23B和第二集流體襯底24B之間的間距為O. 4mm,由此可知，形成的薄膜石墨烯超級(jí)電容器尺寸為4mmX 8. 4mm。可選地，在第一集流體襯底23B和第二集流體襯底24B上分別制作有第一導(dǎo)電銀漆25B和第二導(dǎo)電銀漆26B，第一導(dǎo)電銀漆25B將第一石墨烯電極21B與第一集流體襯底23B上未制作石墨烯電極的區(qū)域連接，進(jìn)一步提高了電荷收集能力。
[0056]在該優(yōu)選實(shí)施例中，薄膜石墨烯超級(jí)電容器的電容大小為8mF，采用的氧化石墨溶液的濃度為5mg/ml。應(yīng)該理解的是,石墨烯電極及集流體襯底的大小與采用的氧化石墨溶液的濃度有關(guān)，這是因?yàn)?，?dāng)氧化石墨溶液濃度變化時(shí)，制得的石墨烯的致密程度，比表面積不同。可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整集流體襯底和石墨烯電極的大小。
[0057]圖2a、2b中未示出薄膜石墨烯超級(jí)電容器的封裝結(jié)構(gòu)，以及填充的電解液等。具體地，可參考現(xiàn)有技術(shù)中的封裝方式，例如，采用PDMS(聚二甲基硅氧烷）進(jìn)行封裝?？蛇x地，在氧化石墨溶液滴涂之前設(shè)置的PET模具或PMMA模具保留或部分保留，作為部分封裝結(jié)構(gòu)。
[0058]本實(shí)施例中的電解液可以選用I- 丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽和納米二氧化硅、I-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽和納米二氧化硅、I-丁基_2，3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽和納米二氧化硅。優(yōu)選地，本實(shí)施例選用電解液為I- 丁基3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽離子液體和納米二氧化硅的半固態(tài)混合物，其中，I- 丁基3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽離子液體和納米二氧化硅的質(zhì)量比為100:3。
[0059]圖3示出了本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例提供的制作在印刷電路板上的薄膜石墨烯超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，薄膜石墨烯超級(jí)電容器包括：叉指狀的第一石墨烯電極31和第二石墨烯電極32，第一石墨烯電極31和第二石墨烯電極32位于第一集流體襯底33和第二集流體襯底34之間的PCB板上，即在該實(shí)施例中，所述待滴涂區(qū)域?yàn)榈谝患黧w襯底33和第二集流體襯底34之間的PCB板；第一集流體襯底33和第二集流體襯底34為制作在PCB板上的具有預(yù)設(shè)相對(duì)位置的兩個(gè)焊盤(pán)；相對(duì)位置根據(jù)所需薄膜石墨烯超級(jí)電容器的尺寸確定。
[0060]在本實(shí)施例的一種情況中，第一石墨烯電極31、第二石墨烯電極32分別與第一集流體襯底33、第二集流體襯底34接觸，這時(shí)，可選地，薄膜石墨烯超級(jí)電容器還包括：位于第一石墨烯電極31引出側(cè)的第一導(dǎo)電銀漆35和位于第二石墨烯電極32引出側(cè)的第二導(dǎo)電銀漆36 ;第一導(dǎo)電銀漆35與第一石墨烯電極31和第一集流體襯底33接觸，第二導(dǎo)電銀漆36與第二石墨烯電極32和第二集流體襯底34接觸。
[0061]引出側(cè)是指對(duì)應(yīng)于氧化石墨薄膜直接受到激光雕刻還原處理的一側(cè)，即圖3中可見(jiàn)的第一、第二石墨烯電極的上表面。
[0062]在本實(shí)用新型實(shí)施例的另一種情況中，第一石墨烯電極31和第二石墨烯電極32不與第一集流體襯底33、第二集流體襯底34接觸，則薄膜石墨烯超級(jí)電容器必須包括上述的第一導(dǎo)電銀漆35和第二導(dǎo)電銀漆36，以收集電荷并建立石墨烯電極與集流體襯底之間的電氣連接。
[0063]當(dāng)然，本實(shí)例中的第一石墨烯電極31和第二石墨烯電極32也可以分別與第一集流體襯底33和第二集流體襯底34接觸，此時(shí)，第一導(dǎo)電銀漆35和第二導(dǎo)電銀漆36為可選部分。
[0064]封裝結(jié)構(gòu)及電解液選擇與上一實(shí)施例相同，此處不再贅述。
[0065]與上一實(shí)施例相比，叉指狀的第一石墨烯電極和第二石墨烯電極能夠增大薄膜石墨烯超級(jí)電容器的電化學(xué)表面積，提高存儲(chǔ)容量和功率密度。
[0066]本實(shí)用新型提供的上述薄膜石墨烯超級(jí)電容器具有優(yōu)良的充放電特性。
[0067]下面以圖3所示的薄膜石墨烯超級(jí)電容器作為儲(chǔ)能元件為例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置的具體電路結(jié)構(gòu)。
[0068]圖4a示出了本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置實(shí)施例二的電路連接示意圖，圖4b示出了圖4a所示電路的等效電路示意圖。在該實(shí)施例中，交直流轉(zhuǎn)換模塊具體為整流橋41 (作為整流電路模塊），觸發(fā)模塊具體為12管腳的自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42，儲(chǔ)能模塊包括兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43和44。在圖4b中，虛線框內(nèi)示出的為自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42內(nèi)部的多個(gè)子開(kāi)關(guān)，其中每個(gè)子開(kāi)關(guān)占用自鎖按鍵開(kāi)關(guān)的3個(gè)管腳，其中兩個(gè)管腳分別作為常開(kāi)觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)，這樣對(duì)應(yīng)于儲(chǔ)能模塊包括的兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器，自鎖按鍵開(kāi)關(guān)具備4個(gè)子開(kāi)關(guān)。
[0069]如圖4a所示，自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42通過(guò)其12個(gè)管腳固定設(shè)置于PCB板45上，整流橋41固定設(shè)置于PCB板45上，兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44通過(guò)上述方法形成在PCB板45上。摩擦發(fā)電機(jī)40通過(guò)層疊和/或平鋪的方式設(shè)置在PCB板上（為了更清楚的顯示連接關(guān)系，圖中未按照實(shí)際情況示出摩擦發(fā)電機(jī)的設(shè)置位置）。本實(shí)施例中，摩擦發(fā)電機(jī)的數(shù)量不僅可以為一個(gè)，也可以為多個(gè)。
[0070]整流橋41的輸入端與摩擦發(fā)電機(jī)40的輸出端相連，用于將摩擦發(fā)電機(jī)40產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能。自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42的2個(gè)管腳通過(guò)PCB板45上的印制導(dǎo)線與整流橋41的輸出端相連，用于控制整流橋41輸出直流電能給兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44充電以及控制兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44輸出電能給負(fù)載46供電。兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44的輸入/輸出端通過(guò)PCB板45上的印制導(dǎo)線與自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42的4個(gè)管腳相連。另外，自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42的其余6個(gè)管腳通過(guò)PCB板45上的印制導(dǎo)線按照?qǐng)D4b所示的連接方式進(jìn)行連接或連接到對(duì)應(yīng)的焊盤(pán)47a和47b上，用以連接負(fù)載46。
[0071]本實(shí)施例中，當(dāng)自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42被按壓時(shí)，自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42中4個(gè)子開(kāi)關(guān)接通常開(kāi)觸點(diǎn)，使得兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44串聯(lián)連接，且串聯(lián)連接后的兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44與整流橋41的輸出端連通，兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44與負(fù)載46的連接被斷開(kāi)。在這種狀態(tài)下，摩擦發(fā)電機(jī)40按壓時(shí)受到外力的作用發(fā)生機(jī)械形變，產(chǎn)生電能，輸出給整流橋41，整流橋41經(jīng)整流處理后將輸出的直流電能持續(xù)提供給兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44進(jìn)行充電。
[0072]當(dāng)自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42被再次按壓使得開(kāi)關(guān)被彈起時(shí)，自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42中的4個(gè)子開(kāi)關(guān)接通常閉觸點(diǎn)，使得兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44并聯(lián)連接，且并聯(lián)連接后的兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44與整流橋41的輸出端的連接被斷開(kāi)，兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44與負(fù)載46連通。在這種狀態(tài)下，兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器43、44并聯(lián)在一起輸出電能為負(fù)載供電。
[0073]一般情況下，如負(fù)載為選用工作電壓為I. 8-3. 6V的MSP430系列單片機(jī)，儲(chǔ)能元件選用額定電壓為I. 8V的薄膜石墨烯超級(jí)電容器，使用一個(gè)IOcmXlOcm面積的摩擦發(fā)電機(jī)供電，其輸出脈沖電壓一般為數(shù)十至上百伏，但是其輸出的電能的能量密度極低，明顯不能夠直接供單片機(jī)使用。利用上述能量收集轉(zhuǎn)換裝置即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的正常工作，其原理為：首先，通過(guò)自鎖按鍵開(kāi)關(guān)給薄膜石墨烯超級(jí)電容器串聯(lián)充電，如薄膜石墨烯超級(jí)電容器的數(shù)量為兩個(gè)，通過(guò)多次按壓摩擦發(fā)電機(jī)將兩個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器充滿電；然后通過(guò)自鎖按鍵開(kāi)關(guān)使薄膜石墨烯超級(jí)電容器并聯(lián)為MSP430系列單片機(jī)供電，此時(shí)薄膜石墨烯超級(jí)電容器的供電電壓為I. 8V，其供電能量相當(dāng)于設(shè)置單個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器的兩倍，通過(guò)設(shè)置薄膜石墨烯超級(jí)電容器的數(shù)量可以使供電能量按倍數(shù)累計(jì)增加；如每個(gè)儲(chǔ)能元件包括兩個(gè)串聯(lián)的薄膜石墨烯超級(jí)電容器，可實(shí)現(xiàn)供電電壓3. 6伏，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。
[0074]在上述實(shí)施例中，當(dāng)在基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置切換到并聯(lián)為負(fù)載供電時(shí)，由于單個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器的電壓較低，這就限制了所述能量收集轉(zhuǎn)換裝置的負(fù)載供電的應(yīng)用范圍，因此，為了解決這一問(wèn)題，如圖5所示，示出了本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置實(shí)施例三的等效電路示意圖，將多個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器串聯(lián)為一組作為一個(gè)儲(chǔ)能元件后，再連接到電路中，從而提高并聯(lián)輸出的電壓。當(dāng)然，如果采用的電容器的輸出電壓較高，僅采用如圖4a所示的電路即可，此處不做限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
[0075]圖6a示出了本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置實(shí)施例四的電路連接示意圖，圖6b示出了圖6a所示電路的等效電路示意圖。在該實(shí)施例中，交直流轉(zhuǎn)換模塊具體為整流橋61 (作為整流電路模塊），觸發(fā)模塊具體為48管腳的自鎖按鍵開(kāi)關(guān)62，即包括16個(gè)子開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)能模塊包括8個(gè)儲(chǔ)能元件，8個(gè)即薄膜石墨烯超級(jí)電容器。在圖6b中，虛線框內(nèi)不出的為自鎖按鍵開(kāi)關(guān)62內(nèi)部的16個(gè)子開(kāi)關(guān)。
[0076]如圖6a所示，自鎖按鍵開(kāi)關(guān)62通過(guò)其24個(gè)管腳固定設(shè)置于PCB板63上，整流橋61固定設(shè)置于PCB板63上，8個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器通過(guò)上面所述方法形成在PCB板63上。摩擦發(fā)電機(jī)60通過(guò)層疊和/或平鋪的方式設(shè)置在PCB板63上（為了更清楚的顯示連接關(guān)系，圖中未按照實(shí)際情況示出摩擦發(fā)電機(jī)的設(shè)置位置）。本實(shí)施例中，摩擦發(fā)電機(jī)的數(shù)量不僅可以為一個(gè)，也可以為多個(gè)。
[0077]整流橋61的輸入端與摩擦發(fā)電機(jī)60的輸出端相連,用于將摩擦發(fā)電機(jī)60產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能。自鎖按鍵開(kāi)關(guān)62的2個(gè)管腳通過(guò)PCB板63上的印制導(dǎo)線與整流橋61的輸出端相連，用于控制整流橋61輸出直流電能給8個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器充電以及控制8個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器輸出電能給負(fù)載64供電。8個(gè)薄膜石墨烯超級(jí)電容器的輸入/輸出端通過(guò)PCB板63上的印制導(dǎo)線與自鎖按鍵開(kāi)關(guān)42的16個(gè)管腳相連。另夕卜，自鎖按鍵開(kāi)關(guān)62的其余30個(gè)管腳通過(guò)PCB板63上的印制導(dǎo)線按照?qǐng)D6b所示的連接方式進(jìn)行連接或連接到對(duì)應(yīng)的焊盤(pán)65a和65b上，用以連接負(fù)載64。
[0078]本實(shí)施例中自鎖按鍵開(kāi)關(guān)控制薄膜石墨烯超級(jí)電容器的充放電的工作原理與圖4a和圖4b所示的實(shí)施例相同,在此不再贅述。
[0079]由上述幾個(gè)實(shí)施例的描述可知，本實(shí)用新型基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置中儲(chǔ)能元件的個(gè)數(shù)可根據(jù)需要靈活設(shè)置，自鎖按鍵開(kāi)關(guān)的管腳數(shù)量和型號(hào)也可根據(jù)需要靈活設(shè)置，本實(shí)用新型對(duì)此不做限制。
[0080]本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出為負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)了無(wú)源化。在該能量收集轉(zhuǎn)換裝置中，由于采用觸發(fā)模塊控制儲(chǔ)能模塊與交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接為儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電，且又由于采用觸發(fā)模塊控制儲(chǔ)能模塊與負(fù)載連接使儲(chǔ)能模塊放電，這不僅提高了充放電的效率，也使得本裝置實(shí)現(xiàn)了為如MCU等耗電量大的器件供能的目的。而且，能量收集轉(zhuǎn)換裝置的各個(gè)組成部件都設(shè)置于PCB板上，該裝置是一種將儲(chǔ)能器件與能量轉(zhuǎn)換裝置一體集成于PCB板上的能量收集轉(zhuǎn)換裝置。進(jìn)一步的，本實(shí)用新型提供的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置直接將薄膜石墨烯超級(jí)電容器制作于PCB板上，減少了 PCB板焊接電子元件工序，縮小了 PCB板所占用的空間。
[0081]最后，需要注意的是：以上列舉的僅是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例子，當(dāng)然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行改動(dòng)和變型，倘若這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，均應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括：印刷電路板、至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)、交直流轉(zhuǎn)換模塊、觸發(fā)模塊以及儲(chǔ)能模塊；其中，所述交直流轉(zhuǎn)換模塊、觸發(fā)模塊以及儲(chǔ)能模塊都固定設(shè)置于所述印刷電路板上； 所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端相連，用于將所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能；所述觸發(fā)模塊與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端相連，控制所述直流電能的輸出； 所述儲(chǔ)能模塊包括至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件，所述儲(chǔ)能元件的輸入/輸出端與所述觸發(fā)模塊相連，所述儲(chǔ)能模塊在所述觸發(fā)模塊的控制下與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接或與負(fù)載連接； 所述觸發(fā)模塊具備兩個(gè)工作狀態(tài)，在第一工作狀態(tài)下：所述觸發(fā)模塊將所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件之間的連接方式切換為串聯(lián)，切斷所述儲(chǔ)能元件與所述負(fù)載的連接，并將所述儲(chǔ)能元件的輸入/輸出端與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接，接收所述直流電能并存儲(chǔ)； 在第二工作狀態(tài)下：所述觸發(fā)模塊將所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件之間的連接方式切換為并聯(lián)，切斷所述儲(chǔ)能元件與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的連接，并將所述儲(chǔ)能元件的輸入/輸出端與所述負(fù)載相連，輸出電能給所述負(fù)載供電； 所述觸發(fā)模塊的兩個(gè)工作狀態(tài)可自由切換，相應(yīng)所述能量收集轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行串聯(lián)存儲(chǔ)電能、并聯(lián)輸出電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述觸發(fā)模塊的兩個(gè)工作狀態(tài)通過(guò)手動(dòng)控制切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述交直流轉(zhuǎn)換模塊包括：整流電路模塊；所述整流電路模塊的輸入端與所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)的輸出端相連，用于將所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)輸出的交流脈沖電信號(hào)進(jìn)行整流處理，得到單向脈動(dòng)的直流電信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述交直流轉(zhuǎn)換模塊還包括：濾波電路模塊和穩(wěn)壓電路模塊； 所述濾波電路模塊的輸入端與所述整流電路模塊的輸出端相連，用于將所述整流電路模塊輸出的單向脈動(dòng)的直流電信號(hào)進(jìn)行濾波處理； 所述穩(wěn)壓電路模塊的輸入端與所述濾波電路模塊的輸出端相連，用于將所述濾波電路模塊輸出的濾除干擾雜波后的單向脈動(dòng)的直流電信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓處理，得到恒定的直流電信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在所述儲(chǔ)能元件與所述負(fù)載之間連接有直流/直流轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述儲(chǔ)能元件輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為與負(fù)載的工作電壓匹配的直流電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)通過(guò)層疊或平鋪的方式設(shè)置在所述印刷電路板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)摩擦發(fā)電機(jī)為風(fēng)力摩擦發(fā)電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)能元件為靜電電容器或超級(jí)電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)能元件包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的靜電電容器或至少兩個(gè)串聯(lián)連接的超級(jí)電容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述超級(jí)電容器為薄膜石墨烯超級(jí)電容器，所述薄膜石墨烯超級(jí)電容器一體設(shè)置在所述印刷電路板上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的基于摩擦發(fā)電機(jī)的能量收集轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述觸發(fā)模塊包括自鎖按鍵開(kāi)關(guān)，所述自鎖按鍵開(kāi)關(guān)包括若干個(gè)子開(kāi)關(guān)，所述子開(kāi)關(guān)包括一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)與一個(gè)常閉觸點(diǎn)，所述子開(kāi)關(guān)的數(shù)量為所述儲(chǔ)能元件的二倍；所述若干個(gè)子開(kāi)關(guān)全部接通常開(kāi)觸點(diǎn)時(shí)，所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件串聯(lián)連接，且串聯(lián)連接后的所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連通，所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與負(fù)載的連接被斷開(kāi)； 所述若干個(gè)子開(kāi)關(guān)全部接通常閉觸點(diǎn)時(shí)，所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件并聯(lián)連接，且并聯(lián)連接后的所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與所述交直流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端的連接被斷開(kāi)，所述至少兩個(gè)儲(chǔ)能元件與所述負(fù)載連通。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK204031007SQ201420432393
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】徐傳毅, 郝立星, 馬賀然, 邱霄 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司