一种链式复合自供能装置以及海洋生物传感系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种链式复合自供能装置以及海洋生物传感系统。其中链式复合自供能装置包括：若干通过防水薄膜间隔衔接的温差发电部和水流摩擦纳米发电部；所述温差发电部包括P型微型热电臂、N型微型热电臂、上极板以及下极板，所述上极板的上表面与有良好导热性的防水层的内侧壁接触；所述水流摩擦纳米发电部包括电正性的薄膜、电负性的薄膜、设置于所述电正性的薄膜下方的正极板以及设置于所述电负性的薄膜下方的负极板。本发明专利技术利用生物自身与海水之间的温差和海水流动的能量，有效地结合了微纳能源技术，提高了发电效率，装置的续航能力，结构简单，实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种链式复合自供能装置以及海洋生物传感系统


[0001]本专利技术涉及微纳能源自供能及电气控制
，具体而言，尤其涉及一种链式复合自供能装置以及海洋生物传感系统。

技术介绍

[0002]随着5G通讯网络的大力建设和推广，依托5G网络很多行业都面临着整体信息化的迭代升级。5G网络较之前的通信网络提升的不仅仅是简单的通信速度，更重要的是5G在低时延、超低功耗、多终端兼容性等层面上进行了跨越级提升。正因如此未来5G的应用，可能会促进“万物互联”技术的爆发式发展。同时传感器对于能量的需求也爆发式增长，仅仅通过电池供能不足以支撑物联网产业的发展。同样随着传感器技术、无线通讯技术、微电子技术和嵌入式应用技术的日趋成熟，无线传感器网络迅速发展。利用无线传感器网络，可以实现对所部署区域内的物理状况、环境状况、生物信息等的监测。由于无线传感器网络可以快速部署，并且有自组织，高容错率和强隐蔽性的优点，使得无线传感器网络可适用于海洋探测、环境监测、船舶监测等应用场合。随着“万物互联”的物联网时代的到来，我们借助海洋生物及蓝色能源对海洋的监测和探索也可以更进一步展开。
[0003]目前使用的海洋生物传感装置主要是使用蓄电池作为电源来工作的，由于海洋生物具有灵活、数量众多、分布范围广泛、生存环境复杂的特点，通过定期更换电池来维持海洋生物传感设备的持续工作并不现实，因此，电池的续航能力成为限制对海洋及海洋生物的生活习性以及海洋环境等的探索的主要因素。通常，需要定期更换传感器的电池，以便能够维持装置的正常工作，但是海洋生物的不便于捕捉和活动范围巨大的习性的等使得更换设备电池成为了不可能，从而导致海洋生物追踪的成本高、电池寿命缩短、环境污染等问题。
[0004]目前，自供能装置的供能方式主要有太阳能发电、温差发电、摩擦纳米发电、化学能电池和燃料电池。利用化学能电池和燃料电池一次性供电电池寿命短，而利用微纳能源为低功耗系统提供能量可以实现长期供电，具有功率密度不随时间的长短而发生变化的特点。利用海洋生物自身的体温与海洋环境中的温度差以及海洋环境中的水流能，可以分别采用热电材料和摩擦纳米发电材料在不使用外部电源的情况下实现简单的能量转换结构，为海洋生物传感装置供电。
[0005]综上，微型温差发电装置在具有稳定温度差的环境中可以发挥显著效果，水流摩擦纳米发电装置在海洋生物移动的环境中可以发挥显著效果。海洋生物在海洋中正常生活时，其自身体温与海水具有稳定的温度差可为TEG装置提供充足的温度差。海洋生物在海洋中运动时与水流形成了明显的相对运动，巨大的水流能可为水流摩擦纳米发电机装置(Flu-TENG)提供充足水流源。随着人类对海洋生物的进一步探索，微型温差发电装置和摩擦纳米发电装置可为海洋生物传感设备提供持续稳定的电能，促进人类对于海洋位置领域及生物的进一步探索，因此，有必要提供一种集两者优点于一体的自供能装置，推动我国海洋强国战略的进一步实施。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种链式复合自供能装置以及海洋生物传感系统。主要基于海洋生物能TEG和水流摩擦式TENG(Flu-TENG)的热能与水流能实现多能互补。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种链式复合自供能装置，包括：若干通过防水薄膜间隔衔接的温差发电部和水流摩擦纳米发电部；
[0009]所述温差发电部包括P型微型热电臂、N型微型热电臂、上极板以及下极板，所述P型微型热电臂和N型微型热电臂并列设置，其中P型微型热电臂的冷端结点和所述N型微型热电臂的冷端结点均连接所述上极板的下表面，所述P型微型热电臂的热端结点和所述N型微型热电臂的热端结点均连接所述下极板的上表面，所述上极板的上表面与有良好导热性的防水层的内侧壁接触；
[0010]所述水流摩擦纳米发电部包括电正性的薄膜、电负性的薄膜、设置于所述电正性的薄膜下方的正极板以及设置于所述电负性的薄膜下方的负极板，所述防水薄膜对应电正性的薄膜和电负性的薄膜的位置为镂空设置，使得所述电正性的薄膜和电负性的薄膜能够与水流接触。
[0011]进一步地，所述温差发电部呈阵列形式排布于装置内部。
[0012]进一步地，各所述温差发电部通过导线串联连接。
[0013]进一步地，各所述水流摩擦纳米发电部通过导线并联连接。
[0014]一种海洋生物传感系统，包括储能单元、能量控制单元、传感器单元以及至少一部如上述任意一项所述的链式复合自供能装置；所述链式复合自供能装置根据能量控制单元的控制指令向所述储能单元充电，所述储能单元用以对所述传感器单元供电。
[0015]进一步地，所述储能单元包括互为备用的可充电电池，所述可充电电池均配备电池保护模块。
[0016]进一步地，所述能量控制单元主要包括：
[0017]用以收集温差发电部和水流摩擦纳米发电部产生电能的能量收集模块；
[0018]用以控制能量流向的负载开关；
[0019]以及用以控制所述负载开关动作的微处理器。
[0020]进一步地，所述微处理器的定位端口连接有卫星定位模块，通信端口连接有通信模块。
[0021]进一步地，所述负载开关连接电压转换模块，使储能单元提供的电能满足不同负载需求。
[0022]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023]1、本专利技术提供的带状链式能量采集部分的水流TENG结构和海洋生物能TEG结构柔性阶梯状混合链式排布，所述链式自供能装置将收集的电能输送到储能及能量控制单元为内部负载供电。
[0024]2、本专利技术在TEG结构的冷端贴合防水层，该防水层与海水直接接触。TENG结构两种不同电荷亲和力的薄膜也直接暴露在海水环境中，环境中的海水流动可以在保持TEG结构冷端结点处于低温环境的基础上，加速TEG结构冷端结点的散热，进一步扩大TEG结构热电材料冷热端的温差，提高了TEG结构的发电效率。
[0025]综上，本专利技术基于海洋生物能TEG和水流摩擦式TENG的热能与水流能多能互补的带状链式自供能海洋生物传感装置，解决了现有技术中的生物传感装置续航的问题。
[0026]基于上述理由本专利技术可在生物探测领域广泛推广。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术链式复合自供能装置结构示意图。
[0029]图2为本专利技术链式复合自供能装置俯视图。
[0030]图3为本专利技术链式复合自供能装置侧视图。
[0031]图4为本专利技术海洋生物传感系统结构示意图。
[0032]图5为实施例中硬件布置位置示意图。
[0033]图6为实施例中海洋生物传感系统搭载在海豚上的示意图。
[0034]图中：1、电正性的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种链式复合自供能装置，其特征在于，包括：若干通过防水薄膜间隔衔接的温差发电部和水流摩擦纳米发电部；所述温差发电部包括P型微型热电臂、N型微型热电臂、上极板以及下极板，所述P型微型热电臂和N型微型热电臂并列设置，其中P型微型热电臂的冷端结点和所述N型微型热电臂的冷端结点均连接所述上极板的下表面，所述P型微型热电臂的热端结点和所述N型微型热电臂的热端结点均连接所述下极板的上表面，所述上极板的上表面与有良好导热性的防水层的内侧壁接触；所述水流摩擦纳米发电部包括电正性的薄膜、电负性的薄膜、设置于所述电正性的薄膜下方的正极板以及设置于所述电负性的薄膜下方的负极板，所述防水薄膜对应电正性的薄膜和电负性的薄膜的位置为镂空设置，使得所述电正性的薄膜和电负性的薄膜能够与水流接触。2.根据权利要求1所述的链式复合自供能装置，其特征在于，所述温差发电部呈阵列形式排布于装置内部。3.根据权利要求1所述的链式复合自供能装置，其特征在于，各所述温差发电部通过导线串联连接。4.根据权利要求1所述的链式复合自供...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳长昕，曲广皓，刘健豪，李华安，曲致雨，马科飞，黄哲，徐敏义，潘新祥，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：