[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

说明书

技术领域

本发明涉及可穿戴式电子设备领域，尤其涉及一种可穿戴式电子设备领域。

背景技术

随着电子信息技术的发展，人们随身携带的各种移动电子设备逐渐成为人们生活中重要的一部分。近几年，穿戴式计算技术正在飞速发展并逐渐趋于成熟，随着谷歌、苹果和微软掀起的穿戴式计算风潮，穿戴式计算业务正在走出其最初的新奇、试验阶段。同时，用于健身监测以及老年人健康监测的无线穿戴式传感器也在飞快地普及。这些设备的出现和飞速发展也对其能量供应提出了更高的要求。目前这些设备大多采用电池供电。然而电池电能存储容量有限，当电池电量耗尽，设备也就无法使用，给人们的生活和工作带来不便。

太阳能发电一种通过将太阳能转换为电能的发电系统，其能量转换原理是太阳能电池的光伏效应。太阳能是一种绿色可再生能源，它具有清洁、环保、安全、分布广、能量大等特点。在长期的能源战略中，太阳能发电将成为人类社会未来能源的基石，世界能源舞台的主角。太阳能产业的发展得到了众多国家和政府的大力扶持，太阳能发电技术研究的力度也在不断增强。太阳能光伏产业现在已经成为发展最为迅速的高新技术产业之一。

目前几乎各种类型的太阳能电池都在不同程度上实现了柔性化，比如说非晶硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池、纤维柔性太阳能电池、聚合物有机半导体太阳能电池以及无机半导体太阳能电池等等。世界上从事柔性衬底非晶硅太阳电池研制生产的主要国家是日本和美国，主要单位有美国的UnitedSolar、ECD、USSC公司，欧洲的VHF-technologies公司，日本的Sharp、Sanyo、TDK、富士电子系统等公司。我国上海太阳能工程技术研究中心目前拥有整套的柔性非晶薄膜电池研制线，研究的非晶硅/微晶硅叠层太阳能电池效率达到了10％。而我国在这方面的研究出现得比较晚，比如哈尔滨的Chrona公司、南开大学等，虽然现在已经有了长足的进步，然而距离国际水平仍然相去甚远，近期的研究达到了功率质量比为341W/Kg。我国上海太阳能工程技术研究中心目前已经建成铜铟硒薄膜太阳电池研发平台，具备开展铜铟硒薄膜太阳电池的研发能力。基于上述背景，重点研究以柔性太阳能电池作为能量转换源的穿戴式太阳能供电系统具有重要的理论意义和广阔的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中可穿戴太阳能充电系统功能单一，无法检测最大功率点，且无法调节充电模式的缺陷，提供一种嵌入式可穿戴太阳能供电系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种嵌入式可穿戴太阳能供电系统，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。

进一步地，本发明的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。

进一步地，本发明的储能模块包括四个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。

进一步地，本发明的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：