侧立柱上端的同轴轴孔中，使托框上端与托架联接并可转动；托框下端无固定联接，但背靠在倾角调整螺杆的螺纹端，可与螺杆联动，转动螺杆，使其在底座上左右移动，可使太阳能电池板的倾角随托框下端的抬升(或降低)而增大(或减小)。
【主权项】
1.一种独立式微功率太阳能电源，其特征在于，包括微控制器、太阳能电池、超级电容、锂电池、充电管理器、调整稳压器以及5个电子开关； . 5个电子开关分别为第1、2、3、4和5开关；5个电子开关均受控于微控制器； 第I开关为单路开关，太阳能电池的正极经第I开关接采样电阻Rs的第一端，太阳能电池负极接地；采样电阻Rs的第二端接第2开关的公共输入端，第2开关具有3个开关通道，第2开关的第一开关通道经超级电容接地；第二开关通道接充电管理器的输入端，第三开关通道接调整稳压器的输入端； 充电管理器的输出端接锂电池正极，锂电池正极通过2个串接二极管D1、D2 (在实例电路中需两管串接降压0.9V)接太阳能电源的输出端Vout ; 第3开关的公共端接第2开关的第一通道，第3开关具有2个有效的开关通道，第3开关的第一通道接调整稳压器的输入端；第3开关的第二通道接太阳能电源的输出端Vout ;太阳能电源的输出端Vout即为调整稳压器的输出端； 第4开关的公共输入端接充电管理器的输出端，第4开关具有2个有效的开关通道，第.4开关的第一通道(即图3的第4开关的2引脚)接调整稳压器的输入端；第4开关的第二通道(即图3中的第4开关的3引脚)接太阳能电源的输出端Vout ; 第5开关具有4个开关通道，第5开关的公共端为输出端，依次经串联的电阻Rl和电阻R2接地，电阻Rl和R2组成分压电路；电阻Rl和R2的连接点接微控制器内的A/D转换器输入端。 第5开关具有4个开关通道，第5开关的第一通道接采样电阻Rs的第一端；第5开关的第二开关通道接Rs的第二端；第5开关的第三通道接第2开关的第一通道；第5开关的第四通道接锂电池正极端，也即充电管理器的输出端。2.根据权利要求1所述的太阳能电源，其特征在于，微控制器选用MSP430F1222，电子开关采用集成器件ADG821 ;充电管理器为集成器件CN3063 ;调整稳压器选用TPS63031、锂电池选用3.7V的可充电锂电池、超级电容由两个2.7V、310F电容器串接而成；太阳能电池选用5.5V、4W太阳能电池板。3.根据权利要求1所述的太阳能电源，其特征在于，还包括太阳能电池组件；所述的太阳能电池组件包括支座(7)、托架(I)、托架转轴(3)、螺母(4)、托框(2)和太阳能电池板(9);托架为L形支架，包括水平的底板和竖直的2根立柱； 托架转轴呈竖直方向安装以连接托架的底板与支座，螺母旋紧在托架转轴的上端；松动螺母时能使得托架能相对于支座旋转； 托框呈一倾斜角度设置在托架上；太阳能电池板放置于托框中并固定。4.根据权利要求3所述的所述的太阳能电源，其特征在于，安装有太阳能电池板的托框上端通过轴销(8)与托架的2根立柱的上端铰接； 太阳能电池组件还包括用于调整太阳能板倾斜角度的倾角调整机构； 倾角调整机构包括六角头T形螺杆(11)、光孔支撑块(13)和内螺孔支撑块(12);光孔支撑块和内螺孔支撑块均固定的托架的底板上；六角头T形螺杆呈水平方向穿过光孔支撑块和内螺孔支撑块，且六角头T形螺杆作前后运动时，其前端顶住托框背面以使得太阳能电池板绕轴销抬升或降低，从而改变倾角。5.根据权利要求4所述的太阳能电源，其特征在于，六角头T形螺杆上还设有限位止挡螺母(14)，限位止挡螺母位于光孔支撑块和内螺孔支撑块之间，止挡螺母上有销钉。6.根据权利要求3所述的所述的太阳能电源，其特征在于，托架上还设有托架立柱加强斜边(15)，托架立柱加强斜边的一端固定在托架的立柱顶端，托架的立柱加强斜边的另一端固定在托架底板的外端，两根立柱的顶端之间设有一条横梁(17)将两立柱固联。7.根据权利要求1所述的太阳能电源，其特征在于，微控制器按以下方式通过切换电子开关对太阳能输入和存储路径进行控制: . 1)接通第I开关和第2开关的第二通道，当太阳能电池输出电压满足充电管理器工作要求时，将通过充电管理器给锂电池充电； 当太阳能电池输出电压满足充电管理器工作要求而锂电池充满(达到允许最大电压值)时，将第2开关切换到第一通道，给超级电容充电； 当太阳能电池输出电压满足充电管理器工作要求而超级电容和锂电池都满度时，或者太阳能输入已不满足对锂电池和超级电容的充电要求但符合调整稳压器的输入要求时，第.2开关切换到第三通道，使太阳能电池输出接入调整稳压器输入端； .2)若太阳能输入不满足前三项的工作条件，则第2开关切换到第二通道，等待符合条件时使充电管理自动工作。8.根据权利要求1-7任一项所述的太阳能电源，其特征在于，将太阳能板输出电能进行输出切换的规则与顺序是: (1)当超级电容的输出电压位于电源的额定输出电压范围时，将第3开关切换到第二通道，由超级电容直接为负载供电直至其电压低于工作电压目标范围，此时调整稳压器休眠； (2)当超级电容的电压处于调整稳压器输入电压工作范围时，以超级电容的输出作为调整稳压器的输入，即将第3开关切换到第一通道； (3)当超级电容的电压低于调整稳压器的输入范围时，断开第3开关，将第4开关切换到第一或第二通道，改由锂电池供电； (4)当锂电池电压处于电源系统的工作电压的目标范围时，第4开关第二通道接通，即不使用调整稳压器，将锂电池电压直接输出； (5)当超级电容和锂电池都储满电量且太阳能电池输出符合调整稳压器的输入电压范围时，将第2开关切换到第三通道，使太阳能电池的输出作为调整稳压器的输入而断开其他输入； (6)当太阳能板的输出电压不符合调整稳压器的输入条件时，第2开关接回第二通道，转回第⑴步。9.一种太阳能电源的实现方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的太阳能电源输出电能。10.根据权利要求9所述的太阳能电源的实现方法，其特征在于，采用权利要求8所述的太阳能电源输出电能，控制步骤为: (1)由微控制器控制选通第4开关的第二有效开关通道接通，将锂电池连接到稳压器，也即将系统上电时刻的二极管支路直接供电改换为锂电池经调整稳压后向外和系统本身供电； (2)接通第5开关的第三、第四通道，分别测量超级电容的电压C(U)和锂电池电压E OJ); (3)若C(U)不在3.3±0.033V范围，但处于调整稳压器TPS63031的允许输入范围，则第3开关切换到第一通道、断开第2开关的第三通道与第4开关，即由超级电容经稳压器向外和系统本身供电；SC(U)处于3.3±0.033V范围，则第3开关切换到其第二通道、关断第4开关(即ADG821-4的1、2通道)，由超级电容直接向外和系统本身供电；若C(U)低于调整稳压器的允许输入范围，则关断第3开关、接通第4开关的第一或第二通道，即改为锂电池供电，此时若E (U)在3.3±0.033V范围，则第4开关接通其第二通道，由锂电池直接向外和系统本身供电，此时若E⑶不在3.3±0.033V范围，则第4开关接通其第二通道，由锂电池通过调整稳压器向外供电； (4)接通第I开关(即ADG821-1的I通道)和第5开关的1、2通道，同时测量电压Ul和U2，得到太阳能电池的当前输出电压和电流，电流值为[Ul-U2]/Rs ; (5)若太阳能电池的输出满足充电管理器的工作范围，当E(U)低于3.7V时，则第2开关切换第二通道并断开第I开关的第二通道给锂电池充电；当E(U)不低于3.7V而C(U)低于5.4V时，断开第2开关的第二通道并切换到其第一通道，给超级电容充电；若C(U)达到.5.4V，且太阳能电池的输出满足调整稳压器的工作范围，则断开第3开关的第一通道，第2开关切换到第三通道，由太阳能电池直接接入调整稳压器向外和系统本身供电。 (6)若太阳能电池的输出既不满足充电管理器的工作范围也不满足调整稳压器的工作范围，则断开第I开关； (7)延时30?60ms后返回第2步。
【专利摘要】本发明公开了一种独立式微功率太阳能电源及其实现方法，太阳能电源包括可手动调整水平方位角与倾角的太阳能电池板支撑构件和高能效电源模块。所述支撑构件包括承载电池板的托框和支撑托框的托架，托架可绕固定于支座的垂直轴转动，托框可绕插入托架的水平轴摆动。所述电源模块包括可充电锂电池、超级电容、电池充电管理器、调整稳压器、低微控制器功耗与电子开关。该电源能根据托架放置方位调整电池板的水平方位角与倾角，使电池板处于最佳受光角度；通过测量太阳能电池的输出和超级电容与锂电池的电压，由微控制器通过电子开关进行动态电源管理，可实现高效率的太阳能采集、存储和利用，满足功率为瓦级及以下无线设备的供电与续航要求。
【IPC分类】G05B19/042, H02S40/38, H02J7/00, H02J7/32, H02S20/30
【公开号】CN105186606
【申请号】CN201510533145
【发明人】刘少强, 陈泽宇, 樊晓平, 刘延芳
【申请人】中南大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月27日