[发明专利]用于小型无线传感节点的微能源系统能量管理系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于小型无线传感节点的微能源系统能量管理系统及方法，系统包括压电传感器、太阳能电池、能量管理模块和能量存储模块；压电传感器、太阳能电池和能量存储模块均与能量管理模块电连接；压电传感器用于检测无线传感节点环境中的振动信号，触发无线传感节点进行工作；能量存储模块包括锂电池和超级电容；能量管理模块用于检测超级电容电压、锂电池电压、无线传感节点电流、太阳能电池电压和电流，并将采集的信号进行计算处理；无线传感节点采用休眠—激活—唤醒的工作机制；能量管理模块定时激活获取电压电流信息并对锂电池充放电功率进行计算与调节；本发明可提高小型无线传感节点电源使用性能。

技术领域

本发明属于复合微能源能量管理领域，特别是用于小型无线传感节点的微能源系统能量管理系统及方法。

背景技术

随着无线传感网络及微能源技术的发展，无线传感网络节点以价格低廉、方便等特点，在军事、环境、医疗、工业等领域广泛应用。无线传感网络由大量传感节点组成，相互之间协作感知，获取信息，进行传输。传统的无线传感网络节点通常由干电池或者可充电电池供电，但是由于电池电量有限，需要经常进行更换，然而在传感器节点数量多、分布范围广、环境恶劣、位置偏僻的情况下，更换电池将会变得很困难，工作量也十分大，因此从环境中获得能量成为一种解决方法，目前，太阳能的获取技术最为成熟，成为无线传感节点的重要能源之一。

由于环境能量的不稳定性，需要将能量进行存储，当环境能量不足时，再将这些能量供给无线传感节点。目前，能量存储方法有锂电池存储和超级电容器存储，锂电池能量密度高但循环寿命短，超级电容器功率密度高、寿命长但功率密度低。专利CN1960117A中仅采用锂电池作为能量存储单元，限制了系统的使用寿命。专利CN103259323B中仅采用超级电容器作为储能单元，当外界环境能量不足时，并不能支撑节点长时间运行。锂电池和超级电容器的组合在电动汽车领域中已广泛运用，将该组合运用于无线传感节点，能满足能量密度和功率密度需求，延长系统使用寿命。能量管理算法对系统的使用寿命和能量使用效率有很重要的作用，但目前运用于锂电池和超级电容器的能量管理方法较多为电动汽车领域，且管理规则较为复杂。在无线传感节点领域，专利CN105680548B等都没有采用任何能量管理算法，不能充分发挥锂电池和超级电容器组合的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于小型无线传感节点的微能源系统能量管理系统及方法，提高小型无线传感节点电源使用性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种适用于小型无线传感节点的微能源系统能量管理方法，包括以下步骤：

步骤1、采集超级电容电压V_SC、锂电池电压、太阳能电池电压和电流、小型无线传感节点的电流；并计算得到太阳能电池的实时输出功率P_solar和小型无线传感节点的实时功率P_load；

步骤2、判断当前超级电容电压V_SC是否满足V_SCk₁V_max，如果满足条件，则进入第3步，如不满足则直接进入第4步；其中V_max为超级电容充满电的最大电压；

k₁为大于0的设定系数；

步骤3、锂电池则为超级电容充电；

步骤4、计算微能源系统的功率需求P_demand，并根据功率需求来判断系统的充放电状态；

步骤5、判断能源系统的功率需求P_demand是否满足当P_demand＜0；若满足条件则进入第6步，若不满足条件则直接进入第7步；

步骤6、微能源系统处于充电状态,太阳能电池对系统进行充电：