本申請提供一種電磁式振動俘能裝置的能量管理系統及能量管理方法，所述能量管理系統包括交直流選擇單元、三相整流電路、濾波電路、充電管理單元、防倒灌電路以及系統供電模塊；其中交直流選擇單元基于電磁式振動俘能裝置輸出的實時電流的時變特性，擇一地導通交流通路或直流通路；三相整流電路用于將交流通路中的交流電流整流為直流電流；濾波電路用于對經過直流通路的直流電流進行濾波；充電管理單元基于交流通路或直流通路輸入的電流，對儲能裝置進行充電管理；防倒灌電路用于防止電流倒灌；系統供電模塊用于為交直流選擇單元和充電管理單元供電。本申請能夠針對電磁式振動俘能裝置的能量輸出特性實現靈活高效的能量管理。
【技術實現步驟摘要】
本申請屬于振動能采集管理，具體地，提供一種電磁式振動俘能裝置的能量管理系統及能量管理方法。
技術介紹
1、在自然環境中，振動能廣泛存在，例如列車駛過會引起軌道、橋梁振動等，將這些能量進行有效的收集，能夠滿足部分無線傳感網絡等低功耗微機電系統的供電需求。目前環境振動能量回收方式主要包括靜電式、壓電式和電磁式，其中，電磁式振動俘能裝置以其系統成本低、輸出功率高、技術成熟等優點，顯示出良好的應用前景。
2、電磁式振動俘能裝置輸出的能量來源于隨機產生的振動源，無法通過直接連接的形式持續地為負載進行穩定供電，因此，需要通過實時輸出的電流為儲能裝置(如超級電容、鋰電池等)充電，然而，由于振動的幅度、頻率等變化范圍極大，例如，在軌道交通領域，重載列車對軌道振動激振力較大，振動俘能裝置的輸出電壓通常可達十幾伏甚至數十伏，無法直接為超級電容、鋰電池充電或直接為用電設備供電；同時，由于重載貨車通常具有數十節車廂，若長時間以恒定電壓或恒定電流為超級電容或鋰電池充電，不僅會對超級電容或鋰電池造成損壞，由于機電耦合的影響，同樣也會對振動俘能裝置造成損壞。
3、此外，對于跨度較大的振動源，如軌道、橋梁等，針對其不同位置處振動模式均在的較大差異，往往將采用直流輸出方式和交流輸出方式的多個電磁式振動俘能裝置進行合理布設，以盡可能高效地將不同模式的振動能量轉換為電能輸出。
4、因此，迫切需要一種能夠根據電磁式振動俘能裝置的能量輸出特性進行靈活高效的能量管理的系統，以滿足對無線傳感網絡等微機電系統的供能需求。
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p>技術實現思路1、為解決上述現有技術中存在的問題，本申請提供一種電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，該能量管理系統設置于電磁式振動俘能裝置與儲能裝置之間，包括：交直流選擇單元、三相整流電路、濾波電路、充電管理單元、防倒灌電路以及系統供電模塊；
2、所述交直流選擇單元與電磁式振動俘能裝置的輸出端連接，基于電磁式振動俘能裝置輸出的實時電流的時變特性，擇一地導通交流通路或直流通路；
3、所述三相整流電路用于將所述交流通路中的交流電流整流為直流電流；
4、所述濾波電路用于對經過所述直流通路的直流電流進行濾波；
5、所述充電管理單元基于所述交流通路或直流通路輸入的電流，對所述儲能裝置進行充電管理；
6、所述防倒灌電路用于防止電流自所述儲能裝置流向所述充電管理單元；
7、所述系統供電模塊用于為所述交直流選擇單元和充電管理單元供電。
8、本申請所提供的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，通過在電磁式振動俘能裝置所輸出的實時電流與電源管理模塊之間設置交直流選擇單元，可以同時將交流通路和直流通路分別與電源管理模塊對應的輸入端口連接，進一步根據實時電流的時變特性(電流波形)自適應地導通交流通路或直流通路，從而保證電磁式振動俘能裝置無論輸出何種電流，在不進行任何人工調整的情況下均能夠有效地傳輸至能量管理模塊，從而大大增加了對電磁式振動俘能裝置的兼容性。
9、進一步地，所述交直流選擇單元包括第一開關器件、第二開關器件以及比較模塊；所述第一開關器件、第二開關器件以及比較模塊的輸入端均與所述電磁式振動俘能裝置的輸出端連接，用于輸入所述實時電流；所述比較模塊的輸出端同時向所述第一開關器件和第二開關器件輸出線路切換信號，其中，當所述實時電流為交流電流時，所述線路切換信號為高電平信號，當所述實時電流為直流電流時，所述線路切換信號為低電平信號；所述第一開關器件僅在所述線路切換信號為高電平信號時，導通自所述電磁式振動俘能裝置至所述充電管理單元之間的交流通路；所述第二開關器件僅在所述線路切換信號為低電平信號時，導通自所述電磁式振動俘能裝置至所述充電管理單元之間的直流通路。
10、優選地，所述第一開關器件為n溝道mos管，所述第二開關器件為p溝道mos管，所述比較模塊包括第一二極管、第一電容、第二電容、第一電阻、第二電阻以及第一比較器；所述第一二極管的正極與所述電磁式振動俘能裝置的輸出端連接，負極與所述第一電容的第一端連接，所述第一電容的第二端與所述第二電容的第一端、所述第一電阻的第一端和所述第二電阻的第一端連接，所述第二電容的第二端和所述第一電阻的第二端均接地，所述第二電阻的第二端與所述第一比較器的同向輸入端連接，所述第一比較器的反向輸入端用于接收參考電壓；所述第一開關器件的d極和s極分別與所述電磁式振動俘能裝置的輸出端和所述三相整流電路的輸入端連接；所述第二開關器件的s極和d極分別與所述電磁式振動俘能裝置的輸出端和所述濾波電路的輸入端連接；所述第一比較器的輸出端與所述第一開關器件的g極和所述第二開關器件的g極連接，用于向所述第一開關器件和所述第二開關器件輸出所述線路切換信號。
11、優選地，所述整流電路包括第二二極管、第三電容、第四電容和第一電感；所述第二二極管用于對所述直流通路中的電流進行整流；所述第三電容、第四電容和第一電感組成clcπ型濾波器，用于對所述直流通路中的電流進行濾波。
12、進一步地，所述充電管理單元包括采樣模塊、bms芯片、主控模塊及電流切換模塊；所述采樣模塊用于獲取所述實時電流的電壓幅值分布情況，以及所述儲能裝置的電壓情況；所述bms芯片用于將所述三相整流電路或濾波電路輸入的電流轉換為向所述儲能裝置充電的充電電流；所述主控模塊基于所述采樣模塊輸出的所述實時電流的電壓幅值分布情況，獲取所述實時電流的電壓幅值及其變化率信息，并結合所述儲能裝置的電壓情況，控制所述電流切換模塊對所述bms芯片輸出的充電電流進行切換。
13、優選地，所述采樣模塊包括若干個分壓電阻及與其一一對應的若干個第二比較器，所述若干個分壓電阻串聯連接于電磁式振動俘能裝置的發電機工作門限電壓輸出端與接地端之間，用于向其對應的第二比較器的同向輸入端輸出對應的比較電壓，所述第二比較器的反向輸入端用于接收所述實時電流的電壓幅值，輸出端與所述主控模塊連接；第三比較器，所述第三比較器的同向輸入端用于接收所述儲能裝置的電壓，反向輸入端用于接收參考電壓，輸出端與所述主控模塊連接。
14、優選地，所述電流切換模塊基于主控模塊輸出的電流切換信號，擇一地導通所述bms芯片與所述儲能裝置之間的第一充電通路或第二充電通路。
15、優選地，所述主控模塊采用考慮能量輸出特性及儲能狀態的聯合優化充電策略對所述儲能裝置的充電過程進行調節，其中，所述能量輸出特性包括所述實時電流的電壓幅值及其變化率信息。
16、進一步地，所述考慮能量輸出特性及儲能狀態的聯合優化充電策略包括以下操作：
17、實時獲取儲能裝置的電壓以及電磁式振動俘能裝置所輸出的實時電流的電壓幅值及其變化率；
18、當儲能裝置的電壓小于緩充門限電壓時，將充電電流控制為不超過第一電流值；
19、當儲能裝置的電壓大于等于緩充門限電壓且小于速充門限電壓時，進一步判斷電磁式振動俘能裝置輸出的實時電流是否同時滿足電壓幅值大于等于其發本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，設置于電磁式振動俘能裝置與儲能裝置之間，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，
3.根據權利要求2所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，
6.根據權利要求5所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，所述采樣模塊包括：
7.根據權利要求5所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，
8.根據權利要求5所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，
9.根據權利要求6所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，所述考慮能量輸出特性及儲能狀態的聯合優化充電策略包括以下操作：
10.一種電磁式振動俘能裝置的能量管理方法，其特征在于，
【技術特征摘要】
1.一種電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，設置于電磁式振動俘能裝置與儲能裝置之間，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，
3.根據權利要求2所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，
5.根據權利要求1所述的電磁式振動俘能裝置的能量管理系統，其特征在于，
6.根據權利要...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張斌，楊光，張洪喜，駱杰，路士州，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：
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