一种多源复合微能源系统及控制方法

1.本发明涉及复合能源系统技术领域，具体涉及一种多源复合微能源系统及控制方法。


背景技术：

2.随着电子技术和物联网技术的高速发展，物联网连接设备的数量正以指数级上升，被广泛应用于智能家居、智能工厂和智慧医疗等领域。据估计，到2025年全球将会有超过两百亿个物联网连接设备。其中，传感器节点占据这些设备的60％以上。物联网传感设备具有传感、计算、网络通信以及自动化数据采集分析的功能，可以用于监测、感知和实时收集各种环境信息，但是需要消耗大量电能。因此，物联网传感设备的发展和广泛应用在很大程度上受到可持续供能的限制。
3.传统物联网传感设备采用一次性电池进行供电。但是，电池使用寿命和容量有限，更换和维护电池不仅成本高昂，而且废弃电池含义各种重金属，对环境保护造成负担。近年来，从环境中获取能量为传感节点供电的方式已成为一种重要的潜在解决方案，受到广大研究人员的关注和研究。在传感节点工作的环境中，通常存在多种可用能量形式，例如太阳能、热能、射频能、振动能等。然而，环境能量通常具有不确定性和不稳定性，因此还需要能量管理电路将环境能量进行合理调度，为节点提供稳定电源。
4.物联网传感设备被广泛使用的室内环境中尤其有意义，值得特别关注。由于室内环境通常具有较低的能量密度，例如，室内光的能量密度只有0.1mw/cm2，而室外太阳能的能量密度为100mw/cm2，因此部署于室内的传感节点需要额外的能量来源，目前大多数能量收集系统只集成了一种能量收集机制，而只有少数的能量收集系统是集成了两种或以上能量收集机制。


技术实现要素：

5.(一)发明目的
6.本发明的目的是提供一种不仅能提高不同环境的适应性，还能当自然环境中的被动能量不足时，能提供主动能量，充分利用环境能源，集成三重能量收集机制的多源复合微能源系统，还提供一种多源复合微能源系统的控制方法。
7.(二)技术方案
8.为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种多源复合微能源系统，包括：壳体、光伏发电装置、热能发电装置、射频发电装置、储能装置和系统电路；
9.所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和第二壳体形成中空容置腔；
10.所述系统电路设置于所述中空容置腔内，所述系统电路包括第一电路、第二电路、第三电路和能量管理电路；
11.所述第一电路、第二电路和第三电路的输出端分别与所述能量管理电路的输入端电相连；
12.所述光伏发电装置通过所述第一电路和能量管理电路与所述储能装置电相连，所述光伏发电装置设置在所述壳体外表面；
13.所述热能发电装置通过所述第二电路和能量管理电路与所述储能装置电相连，所述热能发电装置设置在所述中空容置腔内；
14.所述射频发电装置通过所述第三电路和能量管理电路与所述储能装置电相连，所述射频发电装置设置在所述壳体外表面。
15.优选地，所述光伏发电装置包括多个光伏电池，所述多个光伏电池分别设置在所述壳体的上表面和四周侧面，所述多个光伏电池并联在所述第一电路中。
16.优选地，所述热能发电装置包括两个温差发电片和散热器，所述两个温差发电片串联在所述第二电路中。
17.优选地，所述射频发电装置包括能量收集天线，所述能量收集天线设置于任意两面相邻的光伏电池的连接处。
18.优选地，所述储能装置包括第一储能器件和第二储能器件，所述第一储能器件与第二储能器件电相连，所述第一储能器件为第二储能器件(8)供电。
19.优选地，所述能量管理电路包括两个二极管，所述两个二极管分别连接到第一储能器件和第二储能器件。
20.优选地，所述能量管理电路包括控制模块、稳压模块、反相模块和监测模块；所述监测模块包括第一监测模块、第二监测模块和第三监测模块，所述第一监测模块和第二监测模块监测所述第二储能器件电压，所述第三监测模块监测第一储能器件电压。
21.优选地，当所述第一监测模块输出第一信号时，第一储能器件为第二储能器件供电，当所述第二监测模块输出第二信号时，第一储能器件停止为第二储能器件供电，当所述第三监测模块输出第三信号时，进行主动射频能量补充。
22.本发明第二方面提供一种多源复合微能源系统控制方法，所述多源复合微能源系统包括如上中任意一项所述的微能源系统，包括：
23.设置第二储能器件放电电压阈值，所述放电电压阈值包括第二储能器件最高电压和第二储能器件最低电压；
24.判断系统功率需求是否大于零；
25.若系统功率需求大于零，第一监测模块监测第二储能器件的电压，若第二储能器件的电压大于等于第二储能器件最低电压，第二储能器件放电；若系统功率需求大于零，且第二储能器件的电压小于第二储能器件最低电压，第一监测模块输出第一信号，第一储能器件给第二储能器件充电，供电时，第二监测模块监测第二储能器件电压，若第二储能器件电压大于第二储能器件最高电压，第二监测模块输出第二信号，则第一储能器件停止供电；
26.若系统功率需求小于等于零，监测第一储能器件和第二储能器件电压，若第一储能器件电压大于第二储能器件电压，则将采集到的能量给第二储能器件进行充电；若第一储能器件电压小于等于第二储能器件电压，则将采集到的能量给第一储能器件进行充电。
27.优选地，还包括：设置所述第一储能器件的最低电压，所述第三监测模块监测所述第一储能器件电压，若所述第一储能器件电压低于第一储能器件的最低电压，则第三监测模块输出第三信号，进行主动射频能量补充。
28.(三)有益效果
29.本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
30.本发明通过集成三重环境能量收集机制，光伏发电装置、热能发电装置、和射频发电装置，能提高不同环境的适应性，能充分利用环境能源；尤其是对室内环境的能源的利用率提高；射频发电装置可以收集来自环境中射频能量或者人为控制发射的射频信号源辐射的能量，当环境中被动的能量不足时，可以通过主动的发射射频，给射频发电装置提供主动能量，以补充环境中光能、热能和射频缺乏的问题，将三重环境能量收集机制围绕壳体设置，能减小整体体积，利于推广利用。
附图说明
31.图1是根据本发明一个实施例的整体结构爆炸图；
32.图2是根据本发明一个实施例的框架示意图；
33.图3是根据本发明一个实施例的光伏发电装置和射频发电装置结构图；
34.图4是根据本发明一个实施例的第一电路和第二电路示意图；
35.图5是根据本发明一个实施例的第三电路示意图；
36.图6是根据本发明一个实施例的能量管理电路示意图；
37.图7是根据本发明一个实施例的控制流程示意图；
38.附图标记：
39.1：光伏电池；2：能量收集天线；3：第一壳体；4：射频能量收集电路板；5：光温能量收集电路板；6：能量管理电路板；7：第一储能器件；8：第二储能器件；9：散热器；10：温差发电片；11：第二壳体。
具体实施方式
40.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
41.实施例一
42.一种多源复合微能源系统，图1示出了本发明一个实施例的整体结构爆炸图，图2是根据本发明一个实施例的框架示意图，包括：壳体、光伏发电装置、热能发电装置、射频发电装置、储能装置和系统电路；壳体包括第一壳体3和第二壳体11，第一壳体3和第二壳体11形成中空容置腔；此处不限制第一壳体3和第二壳体11的具体结构和材质，可选的，第一壳体3和第二壳体11分别为两个矩形体、半圆体、锥形体、梯形体等，本实施例中，可选的为两个矩形体，组成壳体后有六个表面，也不限定中空容置腔的具体结构，第一壳体3和第二壳体11两者连接方式此处也不做限定，此处可以是扣合连接、也可以是卡接、焊接、螺接或粘接等。此处不限定壳体的具体结构，可选的，第一壳体3的上表面设置凹槽，凹槽用于安装和固定上表面的光伏电池，在第一壳体3和第二壳体11的设置通孔，此处不限定通孔的具体位置，瞳孔用于将光伏电池与第一电路进行连接，通孔还可以用于引出系统的输出接口，进一步的，第二壳体11的四个侧面都开有一个开口，用于散热。
43.系统电路设置于中空容置腔内，系统电路包括第一电路、第二电路、第三电路和能
量管理电路；此处不限定第一电路、第二电路、第三电路和能量管理电路的具体内容，不对具体功能进行限定。
44.第一电路、第二电路和第三电路的输出端分别与能量管理电路的输入端电相连；
45.光伏发电装置通过第一电路和能量管理电路与储能装置电相连，光伏发电装置设置在壳体外表面；此处不限定光伏发电装置的具体内容，可选的，为光伏电池，可选的为硅基太阳能电池或者蹄化镉太阳能电池，此处不限定光伏电池的具体数量，可选的，为五个光伏电池，当壳体放置在某处后，将五个光伏电池分别设置在壳体的上表面和四周侧面，形成五面光伏电池共同发电机制，此处不限定五面光伏电池在第一电路中的连接方式，可选的，为并联或串联，本实施例中，可选的，为五个光伏电池并联在第一电路中，直接并联的方式，在室内具有好的收集效果，得益于光伏电池在室内弱光条件下，其开路电压受光强影响较小，可以降低光强对光伏电池输出电压的影响，虽然五片光伏电池受光情况相差比较大，特别是在室内人造光源情况壳体下上表面受光情况远好于周围面，但是光伏电池输出电压受光强影响较小，故将每面光伏电池矩阵输出接口进行并联。由于每面光伏电池矩阵的输出电压相互钳制的影响很小，对其输出功率也影响较小，能增强能量输出，在传统的多面光伏方案中，为了防止光伏之间的相互干扰，每个表面光伏电池都要加上一个串联二极管。不仅成本高，而且输出能量较小。本实施例中，可选的，第一电路包括采集模块和转换模块，采集模块用于采集光伏发电装置收集的能量，转换模块用于转换电压，可选的，图4示出了根据本发明一个实施例的第一电路和第二电路示意图，如图4所示，第一电路采用adp5090升压调节器担任，将光伏电池输出电压转化为4.2v，为第一储能器件7和第二储能器件8进行充电。adp5090升压调节器集成了基于开路电压比例系数法的最大功率跟踪方法，每19秒，该芯片会禁用升压调节器296ms并对开路电压进行采样，通过电阻分压器得到升压调节基准电压，该基准电压使输入电压持续工作在光伏电池的最大功率点上，可以将光伏电池电压转化为第一储能器件7充电电压。其中，光伏电池最大功率跟踪通过配置使得r101与(r101+r102)的比值为所述预设比例，进而使得光伏电池的工作电压为其开路电压的所述预设比例；此处不限制预设比例的具体内容，可选的，比例系数设置在0.7～0.8。将五个光伏电池进行并联，并接入基于adp5090的第一电路的电路的输入接口。
46.热能发电装置通过第二电路和能量管理电路与储能装置电相连，热能发电装置设置在中空容置腔内；此处不限定热能发电装置的具体内容，可选的，为热能发电装置两个温差发电片10和散热器9组成，热能发电装置能量收集的原理是温度差，温度差越大，能量收集越多，因此设置两个此处不限定两个温差发电片10的具体结构和连接方式，可选的，两片温差发电片垂直叠加，两片温差发电片的之前的电气联系为串联，散热器9为铝制散热器，将散热器9设置于置于上部温差发电片的冷面，这种组成结构能够增大热能收集装置的输出电压，以收集更低温差条件下的热能。温差发电片的输出连接到第二电路的输入接口，此处不限定第二电路的具体内容，可选的，包括采集模块和转换模块，可选的，本实施例中，如图4所示，第二电路是围绕mcry12-125q-46wi芯片构建的，该芯片能将输入电压低至12mv升压至4.2v，并集成了独特的恒定输入阻抗(12ω)匹配功能，使得温差发电片在输入电压的整个工作范围内都能实现最高效率的能量收集。峰值转换效率较高，静态电流较低，适用于从极低的输入电压源收集和管理剩余能量。为了收集环境中微弱的热能，可选的，本实施例中采用了内阻约6ω的基于碲化铋热电材料的商用温差发电片，此时的热能发电装置的内
阻为12ω，与mcry12-125q-46wi的输入阻抗12ω相匹配，达到高收集效率的效果。进一步，第二电路中使用了一个紧凑型的小型升压变压器，变压器的升压比为1:100，能使芯片以低至12mv的输入电压启动。
47.射频发电装置通过第三电路和能量管理电路与储能装置电相连，射频发电装置设置在壳体外表面。射频发电装置可以收集来自环境中射频能量或者人为控制发射的射频信号源辐射的能量，以补充环境中光能和热能缺乏的情况。此处不限定射频发电装置的具体内容，可选的，为能量收集天线2，进一步的，能量收集天线为偶极子类型天线、环形天线或者微带贴片天线。能量收集天线2设置于任意两面相邻的光伏电池1的连接处。设置在任意两面相邻的光伏电池的连接处可以减少能量收集天线2对光伏电池的影响，能量收集天线2的输出口连接到第三电路的输入口，此处不限定第三电路的具体内容，可选的，包括采集模块和转换模块，进一步，还包括稳压模块和能量存储模块，本实施例中，图5示出了，本发明一个实施例的第三电路示意图，如图5所示，本实施例中，采用p2110b芯片作为第三电路的核心芯片，p2110b是专用射频能量转直流的芯片，能够将射频输入口的高频信号通过芯片内部电路转换为直流电压。尺寸小，能将转换得到的直流电直接存储到第二储能器件中，当第二储能器件的电压高于芯片设定的高电压阈值时，芯片的使能引脚会拉高，芯片启动内部的升压电路将第二储能器件的电压升压至设定的直流电压输出。当第二储能器件放电至低于设定的低电压阈值时，芯片通过内部的电子开关断开rf-dc电路与升压电路之间的连接，第二储能器件进行充电。此外，芯片还可以通过与低功耗微处理器的配合来优化对能量的管理，从而提高整个系统的效率和稳定性。
48.本实施例中，对储能装置的具体内容不做限定，可选的，储能装置包括第一储能器件7和第二储能器件8，第一储能器件7与第二储能器件8电相连，为第二储能器件8供电。可选的，第一储能器件7为能量型储能器件，第二储能器件8为功率型储能器件，进一步，第一储能器件7为锂电池，第二储能器件8为超级电容器，其中锂电池具有能量密度高、功率密度小，而且在大电流放电时会导致锂电池容量下降的特点。而超级电容器具有功率密度高、循环寿命长的特点，但其能量密度低，无法为负载长时间供电。为了充分发挥两种储能器件的优势，通过能量管理电路对锂电池和超级电容器进行合理调度，能其同时具有较大能量密度和功率密度的特点。
49.此处不限定锂电池和超级电容器的具体型号，可选的，本实施例中，锂离子电池为扣式锂离子电池，标称电压为3.6v，循环寿命为500此以上，也可以用其它种类的可充电电池代替。超级电容器为双电层电容器，具有小体积、高电容、低内阻、高功率的特点，其工作电压为5.5v，循环寿命为50万次，也可用具有相似特性的超级电容或者超级电容模组代替。
50.其中，第一电路、第二电路和第三电路的输出口分别与能量管理电路的输入口连接，能量管理电路的作用是在环境能量充足时将多余的能量存储在锂离子电池中，以便在环境能量不足时从锂离子电池中提供持续的能量给超级电容器。在实际应用中，传感节点的工作模式通常具有脉冲形式的功率需求特征，因此需要使用超级电容器来承担脉冲功率需求，而长时间工作的传感节点需要使用能量密度较高的锂电池来承担平均功率，如何合理地分配锂电池和超级电容器之间的能量成为了一个问题，针对上述问题，本发明设计了能量管理电路以管理和调度储能器件中能量以满足负载的功率需求。此处不限定能量管理电路的具体内容，图6示出了本发明一个实施例的能量管理电路示意图，如图6所示，在能量
管理电路中，能量管理电路包括两个二极管，两个二极管分别连接到锂电池和超级电容器，此处不限制二极管的具体内容，可选的为肖特基二极管。第一储能器件和第二储能器件之间通过控制模块连接，此处不限制控制模块的具体内容，可选的，第一储能器件和第二储能器件通过一个单向dc/dc连接，因使用了两个肖特基二级管，使第一储能器件和第二储能器件分隔开来，确保两者的独立性，以便控制两者放电进而更好的发挥第一储能器件的能量密度大和第二储能器件的功率密度大的优势。可选的，本实施例中，能量管理电路选择ltc3335芯片作为连接第一储能器件和第二储能器件的单向dc/dc转化器。ltc3335是毫微功率升-降压型dc/dc转化器，具有很低的静态电流和高效率，并可根据需要调节峰值输入电流和输出电压。在本实施例中，使用肖特基二极管将ltc3335芯片的输入管脚v_bat与各能量收集电路的输出接口连接，并将芯片输出端连接至超级电容器。为避免第一储能器件大电流放电，将ltc3335芯片输入峰值限流设定为10ma，芯片输出电压为4.6v。故第一储能器件的最大放电功率pch为46mw。ltc3335芯片的使能端bat_en连接到能量管理电路的输出端，当使能端处于高电平时，即第一信号，第一储能器件为超级电容器充电，当使能端处于低电平时，即第二信号，第一储能器件停止放电。
51.能量管理电路包括控制模块、反相模块、监测模块和稳压模块，监测模块包括第一监测模块、第二监测模块和第三监测模块，所述监测模块包括第一监测模块、第二监测模块和第三监测模块，所述第一监测模块和第二监测模块监测所述第二储能器件8电压，所述第三监测模块监测第一储能器件7电压。当所述第一监测模块输出第一信号时，第一储能器件7为第二储能器件8供电，当所述第二监测模块输出第二信号时，第一储能器件7停止为第二储能器件8供电，当所述第三监测模块输出第三信号时，进行主动射频能量补充。如图6所示，能量管理电路的第一监测模块和第二监测模块监测能够监测第二储能器件8的电压；这一功能主要由电子开关芯片adg819、低功耗比较器芯片ltc1540、低压差线性稳压器芯片tps7a0218以及比较器芯片tlv3961实现；还能够输出控制信号，这一功能主要由nmos管和pmos管组成的非门实现。工作过程举例如下：当第二储能器件电压低于2.5v时，第一监测模块输出第一信号高电平，使第一储能器件以不超过10ma的电流给第二储能器件充电。当第二储能器件的电压高于4.2v时，第二监测模块输出第二信号低电平，第一储能器件停止放电，第三监测模块监测第一储能器件的电压，可以是通过一个稳压器生成一个比较电压，这个比较电压可以是第一储能器件的最小电压，再将一个比较器与稳压器相连，通过比较器实时将第一储能器件的电压与最小电压比较，当小于最小电压时，第三监测模块输出第三信号时，此处不限制第三信号的具体内容，可选的为声光信号、也可是无线信号发送到本地端，当出现第三信号时，进行主动射频能量补充，可选的，可以人工打开一个射频能量开关，也可以是自动打开一个进行射频能量的补充，使本系统能适应各种环境。
52.adg819芯片是单通道的cmos单刀双掷(spdt)开关，采用先开后合式的工作状态，可防止短路。该芯片工作电压范围为1.8v到5.5v，导通电阻仅为0.8ω，最大工作电流为200ma，极快的开关时间和非常低的功耗(小于0.01μw)。在本实施例中，开关芯片默认连接地，只有当ltc1540芯片检测到超级电容器的电压大于2.5v时，开关芯片才会将超级电容器与tlv3961连接，开启高阈值4.2v电压监测。ltc1540芯片是一款具有内置1.182v
±
2％基准源的单通道迟滞比较器，具有超低的静态电流(小于0.6μa)和广泛的工作电压范围(2～11v)。通过设置电路中电阻的阻值，可以确定超级电容器的最小放电电压vsc_min。
tps7a2018芯片为比较器tlv3691提供参考电压，其标称值为1.8v，而该芯片的静态电流仅为0.5μa。tlv3691具有广泛的工作电压范围(0.9～6.5v)和极小的静态工作电流(75na)，通过设置电路中的阻值，可以确定超级电容器的最大充电电压vsc_max。能量管理电路中的反相模块可以将比较器tlv3691输出的控制信号进行反相，并连接到ltc3335的使能bat_en管脚，用于控制锂电池的充放电。反相模块是由pmos管ao3435和nmos管ao3414组成的。
53.本实施例中，能量管理电路的稳压模块使用了ltc3129-1转化器芯片。ltc3129-1是升降压型dc/dc转换芯片，其效率最高可达95％，静态电流仅为1.3μa。输出电压设置为3.3v。根据上述各芯片的数据手册中的静态电流和工作电压，计算出能量管理电路静态功率小于10μw，满足传感节点低功耗的要求。
54.本实施例中，将第一电路和第二电路集成在一块电路板光温能量收集电路板5上，如图1所示，五个光伏电池1分别部署系统的五个面；射频能量收集天线2位于其中两个光伏电池1之间；第一壳体3上有凹槽用于安装和固定上表面的光伏电池1；热能发电装置由垂直叠加的两片温差发电片10和散热器9组成的热能发电装置至于第二壳体11的内部的底部，上面放置能量管理电路板6，能量管理电路板6集成有能量管理电路，第一储能器件7和第二储能器件8安装在能量管理电路板6背面，光温能量收集电路板5放置在能量管理电路板6上面，而射频能量收集电路板4继集成有第三电路，放置在光温能量收集电路板5上面，壳体采用3d打印技术制作，这样的三维一体化集成方式最大程度地利用了系统体积，从而可以减少空间冗余度，并提高系统的能量和功率密度。
55.本实施例通过在五个受光表面均安装了5面光伏电池，相比于大部分的基于单面光伏电池的能量收集系统，可收集到更多的功率；射频能量收集天线位于两个光伏电池之间，在不影响光能收集情况下，可以收集射频能量，增大系统的能量来源；由两片垂直叠加的温差发电片和散热器组成的热能发电装置，其中两片温差发电片的电气联系为串联，电路效率高，可以高效率的收集热能。基于复合储能的能量管理电路，并搭载了改进型第二储能器件优先充电法，该电路由纯模拟电路实现，没有微控制器参与，具有成本低、电路效果高和容易实现的优点。该能量管理电路的效果是第二储能器件直接承担负责的功率，而第一储能器件通过短时间来给第二储能器件进行充电来给间接承担负责的平均功率，通过避免第一储能器件长时间的大电流放电来延长系统的寿命。并且设置了针对第一储能器件电压监测电路，当第一储能器件电压不足时，发出信号，进行主动射频能量的补充，使本系统的应用范围更广，更能适应各种环境。
56.实施例二
57.一种多源复合微能源系统控制方法，多源复合微能源系统包括如上任意一项所述的微能源系统，图7示出了本发明一个实施例的控制流程示意图，如图7所示，其中，v_bat是电池的电压，p_ch为锂电池的充放电功率(正值为放电功率)，p_demand为系统功率需求，vsc是第二储能器件的电压，vsc_min为第二储能器件的最小放电电压，vsc_max为第二储能器件的最大放电电压，可选的，本实施例中，设置的第二储能器件放电范围为2.5～4.2v；控制方法包括：
58.设置第二储能器件放电电压阈值，放电电压阈值包括第二储能器件最高电压vsc_max和第二储能器件最低电压vsc_min；判断系统功率需求p_demand是否大于0；
59.若系统功率需求p_demand大于0，且第二储能器件的电压大于等于第二储能器件
最低电压vsc_min，第二储能器件放电；
60.若系统功率需求p_demand大于0，且第二储能器件的电压小于第二储能器件最低电压，第一储能器件给第二储能器件充电，供电时，监测第二储能器件电压，若第二储能器件电压大于第二储能器件最高电压，则第一储能器件停止供电；
61.若系统功率需求p_demand小于等于0，监测第一储能器件和第二储能器件电压，若第一储能器件电压大于第二储能器件电压，则将采集到的能量给第二储能器件进行充电；若第一储能器件电压小于等于第二储能器件电压，则将采集到的能量给第一储能器件进行充电。此处监测这个功能是通过两个二极管和储能装置自身的内阻实现的。当第一储能器件为锂电池时，第二储能器件为超级电容器时，第一电路、第二电路和第三电路输出4.2v，但是电流相对小，而锂电池和超级电容器有各自独立电压，当锂电池电压大于超级电容器时，第一电路、第二电路和第三电路给超级电容器供电，此时第一电路、第二电路和第三电路输出电压为超级电容器电压+0.3v，小于锂电池电压。当锂电池电压小于于超级电容器时，相反。
62.进一步，设置第一储能器件7的最低电压，第三监测模块监测第一储能器件7电压，若第一储能器件7电压低于第一储能器件7的最低电压，则第三监测模块输出第三信号，进行主动射频能量补充，此处不限制第三信号的具体内容，可选的为声光信号、也可是无线信号发送到本地端，当出现第三信号时，进行主动射频能量补充，可选的，可以人工打开一个射频能量开关，也可以是自动打开一个进行射频能量的补充。
63.本实施中控制方法以第二储能器件作为功率缓冲器直接为负载供电，可提供大电流放电满足传感节点的脉冲特征功率需求，第一储能器件间接参与负载供电，满足传感节点的平均功耗。这种控制方法避免了第一储能器件的大电流放电，延长了系统的使用寿命，具有快速响应的特点。在环境能量不足时，能够迅速响应大电流负载需求，而传统储能系统需要断开负载然后进行长时间储能，该方法能够满足负载复杂多变的功率需求，当环境里的被动能量不足时，可以通过主动补充射频能量，满足系统需求。
64.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

技术特征：
1.一种多源复合微能源系统，其特征在于，包括：壳体、光伏发电装置、热能发电装置、射频发电装置、储能装置和系统电路；所述壳体包括第一壳体(3)和第二壳体(11)，所述第一壳体(3)和第二壳体(11)形成中空容置腔；所述系统电路设置于所述中空容置腔内，所述系统电路包括第一电路、第二电路、第三电路和能量管理电路；所述第一电路、第二电路和第三电路的输出端分别与所述能量管理电路的输入端电相连；所述光伏发电装置通过所述第一电路和能量管理电路与所述储能装置电相连，所述光伏发电装置设置在所述壳体外表面；所述热能发电装置通过所述第二电路和能量管理电路与所述储能装置电相连，所述热能发电装置设置在所述中空容置腔内；所述射频发电装置通过所述第三电路和能量管理电路与所述储能装置电相连，所述射频发电装置设置在所述壳体外表面。2.根据权利要求1所述的多源复合微能源系统，其特征在于，所述光伏发电装置包括多个光伏电池(1)，所述多个光伏电池(1)分别设置在所述壳体的上表面和四周侧面，所述多个光伏电池(1)并联在所述第一电路中。3.根据权利要求1所述的多源复合微能源系统，其特征在于，所述热能发电装置包括两个温差发电片(10)和散热器(9)，所述两个温差发电片(10)串联在所述第二电路中。4.根据权利要求2所述的多源复合微能源系统，其特征在于，所述射频发电装置包括能量收集天线(2)，所述能量收集天线(2)设置于任意两面相邻的光伏电池(1)的连接处。5.根据权利要求1所述的多源复合微能源系统，其特征在于，所述储能装置包括第一储能器件(7)和第二储能器件(8)，所述第一储能器件(7)与第二储能器件(8)电相连，所述第一储能器件(7)为第二储能器件(8)供电。6.根据权利要求5所述的多源复合微能源系统，其特征在于，所述能量管理电路包括两个二极管，所述两个二极管分别连接到第一储能器件(7)和第二储能器件(8)。7.根据权利要求6所述的多源复合微能源系统，其特征在于，所述能量管理电路包括控制模块、稳压模块、反相模块和监测模块；所述监测模块包括第一监测模块、第二监测模块和第三监测模块，所述第一监测模块和第二监测模块监测所述第二储能器件(8)电压，所述第三监测模块监测第一储能器件(7)电压。8.根据权利要求7所述的多源复合微能源系统，其特征在于，当所述第一监测模块输出第一信号时，第一储能器件(7)为第二储能器件(8)供电，当所述第二监测模块输出第二信号时，第一储能器件(7)停止为第二储能器件(8)供电，当所述第三监测模块输出第三信号时，进行主动射频能量补充。9.一种多源复合微能源系统控制方法，其特征在于，所述多源复合微能源系统包括如权利要求1-8中任意一项所述的微能源系统，包括：设置第二储能器件(8)放电电压阈值，所述放电电压阈值包括第二储能器件最高电压和第二储能器件最低电压；判断系统功率需求是否大于零；
若系统功率需求大于零，第一监测模块监测第二储能器件(8)的电压，若第二储能器件(8)的电压大于等于第二储能器件最低电压，第二储能器件(8)放电；若系统功率需求大于零，且第二储能器件(8)的电压小于第二储能器件最低电压，第一监测模块输出第一信号，第一储能器件(7)给第二储能器件(8)充电，供电时，第二监测模块监测第二储能器件(8)电压，若第二储能器件(8)电压大于第二储能器件最高电压，第二监测模块输出第二信号，则第一储能器件(7)停止供电；若系统功率需求小于等于零，监测第一储能器件(7)和第二储能器件(8)电压，若第一储能器件(7)电压大于第二储能器件(8)电压，则将采集到的能量给第二储能器件(8)进行充电；若第一储能器件(7)电压小于等于第二储能器件(8)电压，则将采集到的能量给第一储能器件(7)进行充电。10.根据权利要求9所述的多源复合微能源系统控制方法，其特征在于，还包括：设置所述第一储能器件(7)的最低电压，所述第三监测模块监测所述第一储能器件(7)电压，若所述第一储能器件(7)电压低于第一储能器件(7)的最低电压，则第三监测模块输出第三信号，进行主动射频能量补充。

技术总结
一种多源复合微能源系统及控制方法，包括：壳体、光伏发电装置、热能发电装置、射频发电装置、储能装置和系统电路；系统电路包括第一电路、第二电路、第三电路和能量管理电路；光伏发电装置通过第一电路和能量管理电路与储能装置电相连，光伏发电装置设置在壳体外表面；热能发电装置通过第二电路和能量管理电路与储能装置电相连，热能发电装置设置在中空容置腔内；射频发电装置通过第三电路和能量管理电路与储能装置电相连，射频发电装置设置在壳体外表面。通过集成三重环境能量收集机制，光伏发电装置、热能发电装置、和射频发电装置，能提高不同环境的适应性，能充分利用环境能源；尤其是对室内环境的能源的利用率提高。尤其是对室内环境的能源的利用率提高。尤其是对室内环境的能源的利用率提高。


技术研发人员：于世洁 肖衡 孙婷 尹亚江 戚南剑
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/13