CN102856960A - 一种简化的蓄电池充电mppt控制电路 - Google Patents

Abstract

一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路，涉及新能源控制与应用技术领域，包括太阳能降压型电路或者太阳能升压型电路，以上两种电路包括转换前侧电路和转换后侧电路，通过在转换后侧电路中串接电流采样电路，由于在采样周期内，蓄电池的电压波动不大，故计算输出功率时，只需要检测转换后侧电路流过该储能电感的电流，即可寻找到当前太阳能输出的最大功率点，与现有技术将电流采样电路设置于太阳能输入端，计算输出功率时需同时检测太阳能的输入电压及回路的电流相比，不仅简化了软件设计程序和硬件电路结构，提高了MPPT运算速度和准确度，还避免了多一个有误差的采样量（蓄电池电压采样）进入参与功率计算从而放大误差结果，导致对MPPT的控制不准确。

Description

一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路

技术领域

 本申请涉及新能源控制与应用技术领域，特别涉及一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路。

背景技术

在当今传统能源石油、煤炭、天然气等日渐紧张，甚至引发国家或地区间政治斗争的迫切现实面前，发达国家率先在探索新能源技术方面作出了卓有成效的革新，预示着新一轮技术变革即将到来。太阳能作为新能源的重要组成部分，也是被公认的人类可以取之不尽用之不竭的新型能源之一。但由于技术的局限性，太阳能真正转换成人们可以利用的电能或热能只有百分之十几，因而对于它的能量流向控制就一点也不能马虎。

传统MPPT（最大功率点跟踪）控制的电池充电器通常是采用扰动法（即改变驱动脉宽通过电流电压采样的乘积进行左右小范围内的功率比较，以寻找最大功率点），对蓄电池充电时还引进了一个电压采样，经过乘积的运算，判断出最大功率点。

发明内容

本申请的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路，该简化的蓄电池充电MPPT控制电路不仅简化了软件设计程序和硬件电路结构，提高了MPPT运算速度和准确度，还避免了多一个有误差的采样量（蓄电池电压采样）进入参与功率计算从而放大误差结果，导致对MPPT的控制不准确。

为此给出一种简化的电池充电MPPT控制电路，一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路，包括太阳能降压型电路或者太阳能升压型电路，包括电流采样电路，太阳能降压型电路或者太阳能升压型电路均包括转换前侧电路和转换后侧电路，电流采样电路串接在转换后侧电路中。

电流采样电路为电流采样电阻。

太阳能降压型电路包括太阳能输入正端S+、太阳能输入负端S-、二极管D1、电容C1、脉冲宽度调制器PWM1、二极管D2、储能电感L1、电流采样电阻R1、电容C2和蓄电池；

电容C1的一端分别与太阳能输入正端S+、二极管D2的负极、电容C2的一端和蓄电池的正极连接，电容C1的另一端分别与太阳能输入负端S-、脉冲宽度调制器PWM1的一端连接，脉冲宽度调制器PWM1的另一端与二极管D2的正极、储能电感L1的一端连接，储能电感的另一端与电流采样电阻R1的一端连接，电流采样电阻R1的另一端与电容C2、蓄电池的负极连接，脉冲宽度调制器PWM1的控制端由外部设备控制。

太阳能升压型电路包括太阳能输入正端S+、太阳能输入负端S-、二极管D3、电容C3、储能电感L2、脉冲宽度调制器PWM2、脉冲宽度调制器PWM3、二极管D4、电流采样电阻R2、电容C4和蓄电池；

电容C3的一端分别与太阳能输入正端S+、储能电感L2连接，储能电感L2的另一端分别与脉冲宽度调制器PWM2的一端、二极管D4的正极连接，二极管D4的负极与电容C4的一端、蓄电池的正极连接，电容C3的另一端与二极管D3 的正极、脉冲宽度调制器PWM3的一端连接，二极管D3的负极与太阳能输入负端S-连接，脉冲宽度调制器PWM3的另一端与脉冲宽度调制器PWM2的一端、电流采样电阻R2的一端连接，电流采样电阻R2的另一端与电容C4的另一端、蓄电池的负极连接，脉冲宽度调制器PWM2和脉冲宽度调制器PWM3的控制端分别由外部设备控制。

本申请的一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路的有益效果是，通过在转换后侧电路中串接电流采样电路，由于在采样周期内，对蓄电池充电的过程中，蓄电池的电压增加缓慢，其电压波动不大，故计算输出功率时，只需要检测转换后侧电路流过该储能电感的电流，即可寻找到当前太阳能输出的最大功率点，与现有技术将电流采样电路设置于转换前侧电路，计算输出功率时需同时检测太阳能的输入电压及回路的电流相比，不仅简化了软件设计程序和硬件电路结构，提高了MPPT运算速度和准确度，还避免了多一个有误差的采样量（蓄电池电压采样）进入参与功率计算从而放大误差结果，导致对MPPT的控制不准确。

 

附图说明

图1是一种简化的电池充电MPPT控制电路的实施例1的电路图

图2是一种简化的电池充电MPPT控制电路的实施例2的电路图

具体实施方式

实施例1。

本实施例的一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路如图1所示，一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路，包括太阳能降压型电路或者太阳能升压型电路，包括电流采样电路，太阳能降压型电路或者太阳能升压型电路包括转换前侧电路和转换后侧电路，电流采样电路串接在转换后侧电路中。

在本实施例中，电流采样电路为电流采样电阻。

太阳能降压型电路包括太阳能输入正端S+、太阳能输入负端S-、二极管D1、电容C1、脉冲宽度调制器PWM1、二极管D2、储能电感L1、电流采样电阻R1、电容C2和蓄电池；

电容C1的一端分别与太阳能输入正端S+、二极管D2的负极、电容C2的一端和蓄电池的正极连接，电容C1的另一端分别与太阳能输入负端S-、脉冲宽度调制器PWM1的一端连接，脉冲宽度调制器PWM1的另一端与二极管D2的正极、储能电感L1的一端连接，储能电感的另一端与电流采样电阻R1的一端连接，电流采样电阻R1的另一端与电容C2、蓄电池的负极连接，脉冲宽度调制器PWM1的控制端由外部设备控制。

在本实施例中，如图1所示，转换前侧电路是二极管D2左侧的电路，转换后侧电路指二极管D2右侧的电路。

利用本实施例的太阳能降压型电路实现对蓄电池充电的MPPT控制的方法包括以下步骤：

步骤1）改变脉冲宽度调制器PWM1的占空比，并短时间内稳定在该占空比工作；

步骤2）对电流采样电阻R1两端的电压进行采样、计算流过电感L1的输出电流；

步骤3）在100-500ms的采样周期内，通过比较流过电感L1电流的大小，即可寻找到当前太阳能输出的最大功率点，并时刻稳定在该太阳能输出最大功率点附近工作；

步骤4）通过继续扰动观测，重复上述步骤1）至3），就可以实现太阳能对蓄电池充电的MPPT控制。

本实施例的一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路和方法，其设计目的基于以下分析：

蓄电池选取12V100AH铅酸蓄电池，设定MPPT采样计算周期为200ms。通过查阅该蓄电池技术手册可知，当蓄电池以最大0.25C（即100AH容量时以25A电流充电）充电时，蓄电池容量从0%（10.5V）上升至80%（12.7V）的阶段是电池电压变化最快的时段，也是接近固定斜率的电压上升过程，这个过程需要4个小时。通过计算电压随时间的变化率为1.53*10^-4 V/s，那么MPPT采样计算周期内的电压变化为200ms*1.53*10^-4 V/s = 3.1*10^-5 V，电池电压采样还需通过采样电路成比例缩小，已经远远高于AD采样基准电压为5V、精度为16位所能检测到的精度（5V/65536 = 7.6*10^-5 V）了，所以极短时间内的蓄电池电压变化可忽略不计，充电功率大小只需判断电感输出电流即可。

现有技术的电流采样电路，一般设置于太阳能输入端，由于太阳能的电压的波动的，因此计算输出功率时需同时对太阳能的电压和电流进行采样，再将太阳能的电压和电流进行乘积得到；而将电流采样电路与蓄电池串接，计算输出功率时是利用蓄电池两端的电压和采样电流的乘积得到，由于蓄电池在采样周期内的波动不大，因此计算输出功率时，只需要检测流过该储能电感的电流即可。

    对于太阳能降压型电路（即BUCK电路），太阳能输入端的电压大于蓄电池两端的电压，由于储能电感L1前后的功率相同，故在采样周期内，现有技术的电流采样电路的接法将导致其采样电流的平均值A小于本申请的采样电流的平均值B。

因此，本申请通过在转换后侧电路中串接电流采样电路，由于在采样周期内，蓄电池的电压波动不大，故计算输出功率时，只需要检测转换后侧电路流过该储能电感的电流，即可寻找到当前太阳能输出的最大功率点，与现有技术将电流采样电路设置于太阳能输入端，计算输出功率时需同时检测太阳能的输入电压及回路的电流相比，不仅简化了软件设计程序和硬件电路结构，提高了MPPT运算速度和准确度，还避免了多一个有误差的采样量（蓄电池电压采样）进入参与功率计算从而放大误差结果，导致对MPPT的控制不准确。

实施例2。

本实施例的一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路如图2所示，本实施例实施例1的不同之处在于：太阳能升压型电路包括太阳能输入正端S+、太阳能输入负端S-、二极管D3、电容C3、储能电感L2、脉冲宽度调制器PWM2、脉冲宽度调制器PWM3、二极管D4、电流采样电阻R2、电容C4和蓄电池；

电容C3的一端分别与太阳能输入正端S+、储能电感L2连接，储能电感L2的另一端分别与脉冲宽度调制器PWM2的一端、二极管D4的正极连接，二极管D4的负极与电容C4的一端、蓄电池的正极连接，电容C3的另一端与二极管D3 的正极、脉冲宽度调制器PWM3的一端连接，二极管D3的负极与太阳能输入负端S-连接，脉冲宽度调制器PWM3的另一端与脉冲宽度调制器PWM2的一端、电流采样电阻R2的一端连接，电流采样电阻R2的另一端与电容C4的另一端、蓄电池的负极连接，脉冲宽度调制器PWM2和脉冲宽度调制器PWM3的控制端分别由外部设备控制。

在本实施例中，如图2所示，转换前侧电路是脉冲宽度调制器PWM2左侧的电路，转换后侧电路是脉冲宽度调制器PWM2右侧的电路。

利用本实施例的太阳能升压型电路实现对蓄电池充电的MPPT控制的方法包括以下步骤：

步骤1）正常开机工作后，将脉冲宽度调制器PWM3的占空比调节在100%，改变脉冲宽度调制器PWM2的占空比，并短时间内稳定在该占空比工作；

步骤2）对电流采样电阻R2两端的电压进行采样、计算流过电感L2的输出电流；

步骤3）在100-500ms的采样周期内，通过比较流过电感L2电流的大小，即可寻找到当前太阳能输出的最大功率点，并时刻稳定在该太阳能输出最大功率点附近工作；

步骤4）通过继续扰动观测，重复上述步骤1）至3），就可以实现太阳能对蓄电池充电的MPPT控制。 

 对于太阳能升压型电路（即BOOST电路），太阳能输入端的电压小于蓄电池两端的电压，由于储能电感L2前后的功率相同，故在采样周期内，现有技术的电流采样电路的接法导致其采样电流的平均值A大于本申请的采样电流的平均值B。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路，包括太阳能降压型电路或者太阳能升压型电路，包括电流采样电路，太阳能降压型电路或者太阳能升压型电路包括转换前侧电路和转换后侧电路，其特征是，电流采样电路串接在转换后侧电路中。

2.根据权利要求1所述的一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路，其特征是，电流采样电路为电流采样电阻。

3.根据权利要求2所述的一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路，其特征是，太阳能降压型电路包括太阳能输入正端S+、太阳能输入负端S-、二极管D1、电容C1、脉冲宽度调制器PWM1、二极管D2、储能电感L1、电流采样电阻R1、电容C2和蓄电池；

电容C1的一端分别与太阳能输入正端S+、二极管D2的负极、电容C2的一端和蓄电池的正极连接，电容C1的另一端分别与太阳能输入负端S-、脉冲宽度调制器PWM1的一端连接，脉冲宽度调制器PWM1的另一端与二极管D2的正极、储能电感L1的一端连接，储能电感的另一端与电流采样电阻R1的一端连接，电流采样电阻R1的另一端与电容C2、蓄电池的负极连接，脉冲宽度调制器PWM1的控制端由外部设备控制。

4.根据权利要求2所述的一种简化的蓄电池充电MPPT控制电路，其特征是，太阳能升压型电路包括太阳能输入正端S+、太阳能输入负端S-、二极管D3、电容C3、储能电感L2、脉冲宽度调制器PWM2、脉冲宽度调制器PWM3、二极管D4、电流采样电阻R2、电容C4和蓄电池；

电容C3的一端分别与太阳能输入正端S+、储能电感L2连接，储能电感L2的另一端分别与脉冲宽度调制器PWM2的一端、二极管D4的正极连接，二极管D4的负极与电容C4的一端、蓄电池的正极连接，电容C3的另一端与二极管D3 的正极、脉冲宽度调制器PWM3的一端连接，二极管D3的负极与太阳能输入负端S-连接，脉冲宽度调制器PWM3的另一端与脉冲宽度调制器PWM2的一端、电流采样电阻R2的一端连接，电流采样电阻R2的另一端与电容C4的另一端、蓄电池的负极连接，脉冲宽度调制器PWM2和脉冲宽度调制器PWM3的控制端分别由外部设备控制。

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