一种太阳方向角与高度角跟随式移动充电系统的制作方法

1.本发明涉及储能领域，尤其涉及一种太阳方向角与高度角跟随式移动充电系统。


背景技术：

2.近年来储能技术不断发展，许多技术已在储能领域进行应用。储能电源的灵活性是当前储能的主流发展方向之一。移动式储能不受地理位置的限制，可以随时随地的存储能量并提供电能，具有很高的优势。最为灵活的充电为太阳能充电，太阳能电池板的能量无需所在地区拥有交流输入即可对储能电池进行供电。但是传统的太阳能充电主要采用定方向太阳能电池板，尤其在车移动过程中，太阳能电池板的方位和方向很难与太阳能的入射方向相垂直，严重降低了太阳能的输入效率。


技术实现要素：

3.为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种太阳方向角与高度角跟随式移动充电系统，以解决对于瞬时需求功率高、波动剧烈的应用难以控制充放电过程中的问题。
4.优选地，所述太阳能方向控制器的输出为一个控制信号，主要用于设定车顶旋转太阳能充电板的方向与角度。
5.优选地，所述车顶旋转太阳能充电板的方向为与车行驶方向的角度。
6.优选地，所述车顶旋转太阳能充电板的角度与所述太阳能方向控制器计算的太阳高度角相同。
7.优选地，所述方向控制器通过所述方向传感器的行驶方向，并根据此方向对所述车顶旋转太阳能充电板的方向进行第一级调整。
8.优选地，所述方向控制器通过所述时钟基准获得的时间、所述gps定位器获得的纬度信号计算太阳方向角，并根据此方向对所述车顶旋转太阳能充电板的方向进行第二级调整。
9.优选地，所述gps定位器采用neo-m8芯片，并通过串口将纬度与经度数据实时传送给所述方向控制器。
10.优选地，所述的方向传感器电路包括，磁阻传感器、仪表运算放大器、基准电压源、方向传感控制器；其中，所述磁阻传感器将地磁场信号转化成电信号，所述仪表放大器将该微弱信号放大送入所述方向传感控制器进行方向计算。
11.优选地，所述车顶旋转太阳能充电板包括方向角传送带，方向角电机驱动轮，方向角电机驱动轴，方向角电机，太阳能电池板，太阳能电池板控制轴，高度角控制轮，高度角传送带，高度角电机，移动车厢。
12.优选地，所述方向角电机驱动轮通过所述方向角传送带控制所述太阳能电池板控制轴进行沿着车顶平面的转动，所述太阳能电池板控制轴沿着水平方向可进行顺时针与逆时针旋转；所述高度角电机通过所述高度角传送带控制所述高度角控制轮旋转，所述高度
角控制轮带动所述太阳能电池板控制轴左右摆动。
13.为了实现上述目的，本发明提供了一种太阳方向角与高度角跟随式移动充电系统。它包括超级电容、双向dc/dc变换器、电池、附件系统、逆变器、外部输出端口。所述超级电容通过所述双向dc/dc变换器向所述逆变器输出；所述电池直接与所述逆变器输入连接；所述附件系统在瞬时需求功率高时对外输出功率；所述外部输出端口向外输出交流电。
14.同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
15.(1)本发明根据纬度、充电系统的方向和太阳的时间角度实时的计算太阳光的方向，进而利用控制器调整太阳能电池板的位置，使系统充分获取太阳能的能量，提高了能源转化效率。
16.(2)本发明通过转轴与太阳光的实时光入射角度，根据太阳能的高度角进行太阳能电池板的角度调整，使太阳能的总接收面积最大，提高移动充电系统的太阳能充电速度。
附图说明
17.图1为本专利提供的一种太阳方向角与高度角跟随式移动充电系统结构图；
18.图2为本专利提出的一种太阳能方向角与高度角跟随式移动充电系统的所述gps定位器电路图；
19.图3为本专利提出额一种太阳能方向角与高度角跟随式移动充电系统的所述方向传感器电路图；
20.图4本专利提出的一种太阳能方向角与高度角跟随式移动充电系统的所述车顶旋转太阳能充电板。
21.图中标记示意为：1-方向角传送带，2-方向角电机驱动轮，3-方向角电机驱动轴，4-方向角电机，5-太阳能电池板，6-太阳能电池板控制轴，7-高度角控制轮，8-高度角传送带，9-高度角电机，10-移动车厢。
具体实施方式
22.为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
23.参考图1，本专利提出了一种太阳能方向角与高度角跟随式移动充电系统结构图。所述移动充电系统包括方向控制器、gps定位器、方向传感器、计时器、车顶旋转太阳能充电板和储能电源。所述方向控制器接收所述gps定位器的位置信号、所述方向传感器获得移动充电系统的方向发送到所述方向控制器，所述计时器用于为所述方向控制器提供时间基准，所述方向控制器控制所述车顶移动太阳能充电板，所述太阳能充电板将太阳能转化为电能存储到所述储能电源内。
24.所述太阳能方向控制器的输入信息包括所述移动充电系统的维度、车辆行驶方向和当前时间。
25.所述太阳能方向控制器的输出为一个控制信号，主要用于设定车顶旋转太阳能充电板的方向与角度。
26.所述车顶旋转太阳能充电板的方向为与车行驶方向的角度。
27.所述车顶旋转太阳能充电板的角度与所述太阳能方向控制器计算的太阳高度角相同。
28.所述方向控制器通过所述方向传感器的行驶方向，并根据此方向对所述车顶旋转太阳能充电板的方向进行第一级调整。
29.所述方向控制器通过所述时钟基准获得的时间、所述gps定位器获得的纬度信号计算太阳方向角，并根据此方向对所述车顶旋转太阳能充电板的方向进行第二级调整。
30.太阳高度角用公式(1)计算：
31.h
θ
＝arcsin(sin s
ω
sinω cos s
ω
cosωcos t)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
32.式中，h
θ
为太阳高度角(
°
)；s
ω
为太阳赤纬(
°
)，ω为观测地点的地理纬度(
°
)；t为观测时刻太阳时角(
°
)。
33.公式(1)的赤纬s
w
可用公式(2)计算：
34.s
w
＝0.3723 23.2567sin(θ0) 0.1149sin(2θ0)-0.1712sin(3θ0)-0.7580cos(θ0) 0.3656cos(2θ0) 0.0201cos(3θ
o
)
ꢀꢀꢀ
(2)
35.公式(2)中，θ0(
°
)用公式(3)计算：
36.θ0＝360
°×
(n δn-n0)/365.242
ꢀꢀꢀ
(3)
37.公式(3)中，n(d)为按天数顺序排列的积日。1月1日为0，2日为1；其余类推。
38.δn(d)为积日修正值，用公式(4)计算：
39.δn＝(
±
(d m/60)/15 s f/60)/24
ꢀꢀꢀ
(4)
40.公式(4)中，d为观测点经度的度值，m为分值，东经取负号，西经取正号。s为观测时刻的小时值，f为分钟值。
41.公式(3)中的n0(d)用公式(5)进行计算：
42.n0＝79.6764 0.2422
×
(y-1985)-int(0.25
×
(y-1985))
ꢀꢀ
(5)
43.公式(5)中，y为年份。
44.公式(1)中的时角t可用公式(6)进行计算：
45.t＝(s f/60 l
c
e
q
/60-12)
×
15
°ꢀꢀꢀ
(6)
46.公式(6)中，l
c
(h)为以时间表示的经度修正值，每15度对应的时间为1小时，可用公式(3)计算：
47.l
c
＝(d m/60-120)/15
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
48.式中，d为观测点经度的度值，m为分值，如果地方子午圈在标准子午圈的东边，则l
c
为正，反之为负。
49.e
q
(min)为真太阳时与地方平均太阳时之差，用公式(8)进行计算。
[0050][0051]
公式(8)中，θ0用公式(3)进行计算。
[0052]
所述太阳高度角计算过程中所使用的参数均可通过时间、角度、和卫星定位获得。
[0053][0054]
公式(9)中，as为太阳方位角(
°
)。
[0055]
依据上述信息可以进行对太阳方向角和太阳高度角的补偿，进而保证全程太阳光
始终与。
[0056]
参考图2，本专利提出了一种太阳能方向角与高度角跟随式移动充电系统的所述gps定位器电路图。所述gps定位器采用neo-m8系列的gps定位模块。neo-m8n的电源信号为3.3v供电，并在neo-m8芯片的第3引脚连接闪烁灯用于显示运行状态。所述gps定位器的neo-m8芯片第20和21引脚通过串口进行通信；所述芯片的也可通过sma接口进行无线数据的传输。本专利仅采用了串口通信方式进行传输数据。所述gps定位器的neo-m8芯片传输的数据包括纬度与经度信号。
[0057]
参考图3，本专利提出了一种太阳能方向角与高度角跟随式移动充电系统的所述方向传感器电路图。所述的方向传感器电路包括：3个部分磁阻传感器、仪表运算放大器、方向传感控制器。所述磁阻传感器采用hmc1052传感器，磁阻传感器hmc1052将地磁场信号转化成电信号，仪表放大器将该微弱信号放大，送入所述方向传感控制器，所述方向传感控制器采用msp430单片机的ad模块进行模/数转换，所述方向传感控制器将数据进行分析计算确定方向角度，最终所述方向角度送至所述方向控制器对汽车的行驶方向进行输出。
[0058]
传感器单元是采集地球磁场的部分，将地球磁场信号转换为电信号；仪表运算放大器是对微弱的地磁电信号进行放大滤波，并将模拟信号转换为数字信号，进而将调整单元输出的数字数据进行分析，确定所需要的方向与正北间的方向角，并对所在地的磁偏角进行校正。
[0059]
参考图4，本专利提出了一种太阳能方向角与高度角跟随式移动充电系统的所述车顶旋转太阳能充电板。所述车顶旋转太阳能充电板包括方向角传送带1，方向角电机驱动轮2，方向角电机驱动轴3，方向角电机4，太阳能电池板5，太阳能电池板控制轴6，高度角控制轮7，高度角传送带8，高度角电机9，移动车厢10。所述方向角电机4通过所述方向角电机驱动轴3与所述方向角电机驱动轮2连接，所述方向角电机驱动轮2通过所述方向角传送带1控制所述太阳能电池板控制轴6进行沿着车顶平面的转动，所述太阳能电池板控制轴6沿着水平方向可进行顺时针与逆时针旋转，正时针方向包括两级调整，调整命令由所述太阳能方向控制器发出。所述高度角电机9通过所述高度角传送带8控制所述高度角控制轮7旋转，所述高度角控制轮7带动所述太阳能电池板控制轴6左右摆动，所述太阳能电池板5与所述太阳能电池板控制轴6顶端固定，所述高度角控制轮7和方向角电机驱动轴3均固定于所述移动车厢10内。
[0060]
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。