[发明专利]一种适用于小型负载的复合微能源系统及其能量管理方法

权利要求书

1.一种适用于小型负载的复合微能源系统，其特征在于，所述适用于小型负载的复合微能源系统由环境能量收集模块，能量管理模块和能量存储模块串联，能量管理模块再连接小型负载构成；其中环境能量收集模块主要包括太阳能收集模块、机械能收集模块、温差发电模块；能量存储模块主要由超级电容和锂电池复合组成；小型负载包括多个无线传感节点组成。

2.一种适用于小型负载的复合微能源系统的能量管理方法，其特征在于，在以超级电容优先的原则下，包括步骤：

(1)能量管理模块采集小型负载用电信息、能量收集模块发电状态以及能量存储模块储电状态信息；

(2)计算复合微能源系统的功率需求P_demand＝P_load-P_En，并判断系统充放电状态，P_demand＜0时，复合微能源系统处于充电状态，P_demand＞0时，复合微能源系统处于放电状态；

上式中P_load为小型负载的实时功耗需求，P_En为环境能量收集模块的输出功率；

(3)根据步骤(2)的判断结果，能量管理模块执行管理操作步骤包括：

步骤一，在充电状态下，只要超级电容电压没有充满V_SC＜V_max，就由超级电容吸收所有充电功率，否则由锂电池吸收充电功率；

步骤二，在放电状态下，只要超级电容电压高于最低工作电压V_min限制，即V_SC＞V_min，超级电容就会承担所有功率输出，否则由锂电池承担所有功率输出；

上述V_SC为超级电容的开路电压；V_max为超级电容最高充电的满电压；V_min为超级电容最低工作电压；

步骤三，在环境能量不足且超级电容电压较小时，锂电池输出一定功率P_ch给超级电容充电；

步骤四，在环境能量充足、超级电容已充满、锂电池剩余电量SOC不足需要充电，此时能量管理模块将环境能量的一部分即ηP_demand作为充电功率对锂电池充电；其中，P_demand为复合微能源系统功率需求，η为充电功率系数，随着锂电池剩余电量SOC的增大而减小；充电功率系数η始终满足0≤η≤1。

3.根据权利要求2所述的适用于小型负载的复合微能源系统的能量管理方法，其特征在于，所述步骤二超级电容的最低工作电压V_min与满电电压V_max的比值为：1：3。

4.根据权利要求2所述的适用于小型负载的复合微能源系统的能量管理方法，其特征在于，所述步骤三环境能量不足的判断条件为能量收集模块的输出功率P_En满足P_En＜k₁P_av，其中，P_av为负载的平均功耗，k₁为系数，满足0.5≤k₁≤2。

5.根据权利要求2所述的适用于小型负载的复合微能源系统的能量管理方法，其特征在于，所述步骤三中超级电容电压较小的判断条件为V_SC＜k₂V_max，系数k₂与负载功耗及超级电容容量有关，满足1/3＜k₂＜1。

6.根据权利要求2所述的适用于小型负载的复合微能源系统的能量管理方法，其特征在于，所述步骤三中锂电池为超级电容充电的功率P_ch＝k₃P_av，其中k₃为系数，满足0.5≤k₃≤2。

7.根据权利要求2所述的适用于小型负载的复合微能源系统的能量管理方法，其特征在于，所述步骤四判断环境能量充足的条件为能量收集模块的输出功率P_En满足P_En＞k₄P_av，k₄为大于1的系数。