[发明专利]一种嵌入式可穿戴太阳能供电系统及其控制方法在审

专利信息
申请号: 201710041839.3 申请日: 2017-01-20
公开(公告)号: CN106787114A 公开(公告)日: 2017-05-31
发明(设计)人: 杨毅;刘华宜;余建华;邵璐;许俊巧;古小琴 申请(专利权)人: 国家电网公司;武汉电力职业技术学院
主分类号: H02J7/35 分类号: H02J7/35;H02S40/30;H02S40/38
代理公司: 湖北武汉永嘉专利代理有限公司42102 代理人: 崔友明
地址: 100031 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 嵌入式 穿戴 太阳能 供电系统 及其 控制 方法
【权利要求书】:

1.一种嵌入式可穿戴太阳能供电系统,其特征在于,包括太阳能电池模块、储能模块以及控制器;其中:

太阳能电池模块,与控制器相连,该模块为柔性太阳能电池阵列,包括多片通过导线连接的柔性太阳能电池组件,用于将太阳能转换为电能;

储能模块,与控制器相连,该模块由多个超级电容组成,用于储存电能;

控制器,与太阳能电池模块、储能模块以及负载均相连,控制器用于在外界光照强度发生变化时,根据最大功率点追踪算法计算不断改变的最大功率点,提高太阳能电池模块的输出功率;并根据负载的所需能量的大小进行充放电管理,若负载所需能量少于太阳能电池模块提供的能量时,太阳能电池模块同时为负载和储能模块供电;当负载所需能量大于太阳能电池模块提供的能量时,太阳能电池模块和储能元件同时为负载供电。

2.根据权利要求1所述的嵌入式可穿戴太阳能供电系统,其特征在于,太阳能电池模块为可穿戴式的独立包装,太阳能电池模块两侧设置有塑料扣,背面设置有均匀分布的粘扣,通过塑料扣和粘扣将太阳能电池模块粘附固定在服装上,且太阳能电池模块上覆盖有透明的防水薄膜。

3.根据权利要求1所述的嵌入式可穿戴太阳能供电系统,其特征在于,储能模块包括四个2.7V、2200F的超级电容器,超级电容为柔性固态超级电容,四个超级电容器单体通过两串两并的方式进行组合,组合后超级电容器模组的总电压为5.4V、总电容值为2200F;采用限幅型均压方法,将具有稳压管反向击穿特性的电路与每个超级电容器并联,使超级电容的能量均衡。

4.根据权利要求1所述的嵌入式可穿戴太阳能供电系统,其特征在于,控制器包括电路保护模块、DC/DC电路、MPPC模块、稳压电路、采样与调理模块、微控制器、串口模块以及驱动电路;其中:

电路保护模块与太阳能电池模块连接,电路保护模块上并联有一个用于保护系统免受浪涌高压损害的瞬态电压抑制器;DC/DC电路接在电路保护模块与稳压电路之间,并与储能模块相连,用于电压变换,控制太阳能电池工作在最大输出功率点;MPPC模块与DC/DC电路并联,用作DC/DC模块的备用通路,在太阳能电池输出较低时,通过此模块为储能模块充电,同时控制微控制器进入休眠;稳压电路接在负载与DC/DC电路之间;采样与调理模块接在电路保护模块与微控制器之间,用于将系统参数转换为符合微控制器的ADC端口规范的电压值,供微控制器的系统软件控制使用;串口模块与微控制器连接,用以通过串口通信的方式将微控制器的数据传输到PC机;驱动电路接在微控制器与DC/DC电路之间,用于驱动DC/DC电路工作。

5.根据权利要求4所述的嵌入式可穿戴太阳能供电系统,其特征在于,控制器中的DC/DC电路选用Sepic电路,用于实现最大功率跟踪控制,以提高柔性太阳能电池的输出功率;其中,DC/DC电路中MOSFET选用Si4136DY型N沟道MOSFET,同时使用TPS2829型同向高速MOSFET驱动器,实现微控制器对MOSFET的控制。

6.根据权利要求4所述的嵌入式可穿戴太阳能供电系统,其特征在于,控制器中的MPPC模块使用高性能同步升压型芯片LTC3105,通过减小其输出的电流来防止太阳能电池电压骤降,以达到提高输出功率的作用,MPPC模块的设定电压取4V,当系统最大功率值长时间低于4.3V时启动MPPC模块,而当总功率大于0.1W时恢复为DC/DC变换电路。

7.根据权利要求4所述的嵌入式可穿戴太阳能供电系统,其特征在于,控制器中的采集与调理电路包括多个通路,包括:用于唤醒微控制器的太阳能电池电流比较电路,用于判断储能模块是否过压的电压比较电路,用于判断负载是否过流的电流比较电路。

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