CN103441555B - 一种基于mppt控制的蓄电池充电控制方法 - Google Patents

一种基于mppt控制的蓄电池充电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法，其包括步骤：通过采集蓄电池的电压，由中央控制单元判断蓄电池的充电状态；在不同充电状态下，由中央控制单元选择充电控制器中的MPPT控制环、电流控制环及电压控制环至少其中之一计算获得充电控制结果；由中央控制单元根据充电控制器的充电控制结果，在不同充电状态下发出相应占空比的PWM信号，通过DC-DC变换器来调节不同充电阶段的充电电流或充电电压实现对蓄电池进行充电。本发明实现了充电智能化，有利于提高蓄电池的使用寿命，且中央控制单元具有丰富的外设及快速的数据处理能力，极大地减少了硬件的外围器件，从而简化了充电控制电路结构，有利于降低控制难度及实现成本。

Description

一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法
技术领域
本发明涉及蓄电池充电技术，尤其是一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法。
背景技术
光伏发电作为清洁能源发电的重要一支，近年来呈现蓬勃的发展趋势。由于太阳能电池的工作原理特性——在系统的外界环境(温度，日照，角度等)条件下，不同的阵列输出电压可以得到不同的输出功率，为了尽可能的输出电能，光伏系统必须对系统进行最大功率跟踪（MPPT，MaximumPowerPointTracking）控制。
对蓄电池充电时，人们总是希望快速充满而又不损坏蓄电池。而现有对蓄电池的充电控制方式，主要分为电压环充电方式和电流环充电方式，这两种方式对蓄电池或多少有损坏。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法，
本发明采用如下技术方案实现：一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法，其包括步骤：
通过采集蓄电池的电压，由中央控制单元判断蓄电池的充电状态；
在不同充电状态下，由中央控制单元选择充电控制器中的MPPT控制环、电流控制环及电压控制环至少其中之一计算获得充电控制结果；
由中央控制单元根据充电控制器的充电控制结果，在不同充电状态下发出相应占空比的PWM信号，通过DC-DC变换器来调节不同充电阶段的充电电流或充电电压实现对蓄电池进行充电。
其中，蓄电池的电压低于放电阀值VCHGENB时，中央控制单元设定电流控制环的参考电流值Iref等于涓流电流ITC，电流控制环通过PI调节，将PI调节的计算结果作为充电控制结果送给中央控制单元。
其中，当蓄电池的电压达到放电阀值VCHGENB时，中央控制单元选择MPPT控制环和电流控制环控制充电，由MPPT控制环计算获得当前最大功率点的电压值送给中央控制单元，由中央控制单元设定电流控制环的参考电流值Iref等于快速充电电流IBULK，电流控制环通过PI调节输出调节结果，且MPPT控制环和电流控制环的输出结果作为充电控制结果送给中央控制单元。
其中，当蓄电池电压达到过充电压UOC的0.95倍时，中央控制单元选择电压控制环和电流控制环控制充电，中央控制单元分别设定电压控制环的参考电压值Uref等于过充电压UOC、电流控制环的参考电流值Iref等于快速充电电流IBULK。
其中，电压控制环是由参考电压Uref与蓄电池的充电电压Vb进行控制，避免蓄电池组的充电电压超过Uref，电压控制环的计算结果送给电流控制环，而电流控制环以电压控制环的计算结果及蓄电池的充电电流Ib为控制条件，电流控制环输出充电控制结果至中央处理单元。
其中，当蓄电池电压达到过充电压UOC时，中央控制单元设定电压控制环的电压参考值Uref等于浮充电压UFLOAT，由电压控制环和电流控制环计算充电控制结果传送给中央控制单元。
其中，中央控制单元为DSP芯片。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用基于TMS320F28016上实现的中央控制单元，由中央控制单元根据在不同充电状态下发出不同占空比的PWM信号来控制蓄电池充电，实现了充电智能化，有利于提高蓄电池的使用寿命。并且，中央控制单元具有丰富的外设及快速的数据处理能力，极大地减少了硬件的外围器件，从而简化了充电控制电路结构，有利于降低控制难度及实现成本。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是蓄电池充电过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作进一步的说明。
本发明通过采集蓄电池的电压由中央控制单元判断蓄电池的充电状态，在不同充电状态下由中央控制单元选择充电控制器中的MPPT控制环、电流控制环及电压控制环至少其中之一参与计算，计算获得充电控制结果，由中央控制单元根据充电控制器的充电控制结果，在不同充电状态下发出不同占空比的PWM信号，通过DC-DC变换器来调节不同充电阶段的充电电流或充电电压以实现对蓄电池进行充电。
如图1所示，在光伏阵列的输出端连接DC-DC变换器，在DC-DC变换器的输出端连接待充电的蓄电池组；在光伏阵列的输出端连接光伏采样电路，该光伏采样电路用于采样光伏阵列的输出电流Ipv及输出电压Vpv；连接蓄电池组的蓄电池采样电路，该蓄电池采样电路用于采集对蓄电池组（或简称蓄电池）的充电电流Ib及充电电压Vb；与光伏采样电路及蓄电池采样电路相连的中央控制单元，其PWM信号输出端连接DC-DC变换器，用于根据充电控制器输出的充电控制结果动态调节输出的PWM信号的占空比来控制对蓄电池组进行充电；连接中央控制单元的充电控制器，该充电控制器包括MPPT控制环、电流控制环及电压控制环。
如图2，当蓄电池采样电路检测到蓄电池的电压低于放电阀值VCHGENB时，蓄电池以处于过度放电，如果对充电电流不加限制，则使光伏阵列短路放电。因为当光伏阵列输出短路时没有输出功率，所以蓄电池电压将停留在低于放电阀值VCHGENB水平上。因此在这个充电阶段，应以很小的涓流电流ITC开始充电，使得蓄电池慢慢储能，直到其端电压升到放电阀值UCHGENB，然后进入快速充电过程。该阶段由中央控制单元通过采集蓄电池的电压来确定由电流控制环进行充电控制，中央控制单元设定电流控制环的参考电流值Iref=ITC，电流控制环通过PI调节，将PI调节的计算结果作为充电控制结果送给中央控制单元，由中央控制单元输出PWM信号给DC-DC变换器来控制充电电流。在此充电阶段，电压控制环和MPPT控制环都没有投入工作。
当蓄电池的电压达到放电阀值VCHGENB时，充电控制器切入快速充电阶段。在这个充电阶段，MPPT控制环和电流控制环控制充电。MPPT控制环是由中央控制单元采集光伏阵列的输出电流Ipv及输出电压Vpv，经过P&O扰动算法取得当前最大功率点的电压值送给中央控制单元，由中央控制单元产生PWM信号去控制蓄电池组进行充电。根据蓄电池的规格预先确定蓄电池的参考电流值Iref=快速充电电流IBULK，并通过中央控制单元设定电流控制环的参考电流值Iref=IBULK，电流控制环通过PI调节输出调节结果。MPPT控制环和电流控制环的输出结果作为充电控制结果送给中央控制单元，由中央控制单元根据充电控制结果调节输出PWM信号的脉宽来实现恒流快速充电。电流环实时的采集充电电流防止电流超过电流环的参考值Iref，而电压控制环仍未投入工作。
充电控制器监视蓄电池电压，当蓄电池电压达到过充电压UOC的0.95倍(即0.95UOC)时，蓄电池将进入过充阶段。该阶段用于使蓄电池以最短的时间恢复满容量同时又不发生过度充电。此时电压控制环(外环)和电流控制环(内环)都投入工作，中央控制单元设定电压控制环的参考电压Uref=UOC、设定电流控制环的参考电流Iref=IBULK，而MPPT控制环则撤离。电压控制环是由参考电压Uref与充电电压Vb作为控制条件经过PI调节计算，避免蓄电池组的充电电压超过Uref。电压控制环的计算结果送给电流控制环，作为电流控制环的参考值。电流控制环的反馈值是由中央处理单元采集的蓄电池组的充电电流Ib。电流控制环的计算结果作为充电控制结果送给中央处理单元以产生PWM信号去控制蓄电池进行充电。此时，电压控制外环和电流控制内环都是由PI调节实现的，中央控制单元通过采集蓄电池的充电电压和充电电流与Iref和Uref作比较来产生PWM信号，从而控制充电电流和充电电压。
充电控制器监视蓄电池电压，一旦达到过充电压UOC，充电电流就减小，此时电流参考值Iref由电压控制环决定。当充电电流等于过充终止电流阀值IOCT时，蓄电池进入浮充状态。在这个充电阶段，为了弥补由于蓄电池反向自放电造成的储能损耗，蓄电池保持浮充电压，为了使蓄电池电压保持在浮充电压上，必须给蓄电池提供必要的电流进行充电。此时的电压控制环和电流控制环都保持过充阶段的状态，中央控制单元设定电压控制环的电压参考值Uref=浮充电压UFLOAT。浮充充电阶段将一直保持着，直到由于放电其电压又下降到0.9VFLOAT以下时，此时蓄电池又恢复到快充状态。此时，电压控制环通过采集蓄电池的充电电压和压参考值Uref经PI调节后，将结果送给电流环做参考。电流环通过采集充电电流Ib与参考电流经PI调节后产生充电控制结果，由中央控制单元根据充电控制结果产生PWM信号通过DC-DC变换器控制蓄电池进行充电。
当蓄电池电压低于负载切离电压ULDV时，通过切断输出端与负载端的接触器来将负载从蓄电池上断开，直到蓄电池电压重新回到ULRV时，才再次接入负载。其中DC-DC变换器可以根据光伏阵列的输出电压和所需要使用的输出电压的不同，可以使用BOOST型、BUCK型或BUCK-BOOST型的DC-DC变换器，而中央控制单元可以是任意的单片机及数字处理芯片。
本发明中采用的是BUCK型变换器，由于其具有较高的转换效率。中央控制单元采用TI公司型号为TMS320F28016的DSP芯片实现。
有关光伏阵列板的最大功率跟踪(MPPT)的控制方法很多，本发明采用了一种基于P&O法的算法，从而具有高效实时的特性。
另外，蓄电池在出厂时，每个蓄电池厂家均对快速充电电流IBULK、过充电压UOC、浮充电压UFLOAT、过充终止电流阀值IOCT、涓流电流ITC、放电阀值VCHGENB、负载切离电压ULDV、负载重接入电压ULRV等参数提供了厂家给定值，故在实现本申请技术方案时，上述参数以蓄电池的厂家给定值为基准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法，其特征在于，包括步骤：
通过采集蓄电池的电压，由中央控制单元判断蓄电池的充电状态；
在不同充电状态下，由中央控制单元选择充电控制器中的MPPT控制环、电流控制环及电压控制环至少其中之一计算获得充电控制结果，其中，MPPT控制环是由中央控制单元采集光伏阵列的输出电流Ipv及输出电压Vpv，经过P&O扰动算法取得当前最大功率点的电压值送给中央控制单元，当蓄电池的电压达到放电阀值VCHGENB时，中央控制单元选择MPPT控制环和电流控制环控制充电，由MPPT控制环计算获得当前最大功率点的电压值送给中央控制单元，由中央控制单元设定电流控制环的参考电流值Iref等于快速充电电流IBULK，电流控制环通过PI调节输出调节结果，且MPPT控制环和电流控制环的输出结果作为充电控制结果送给中央控制单元；
由中央控制单元根据充电控制器的充电控制结果，在不同充电状态下发出相应占空比的PWM信号，通过DC-DC变换器来调节不同充电阶段的充电电流或充电电压实现对蓄电池进行充电。
2.根据权利要求1所述一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法，其特征在于，蓄电池的电压低于放电阀值VCHGENB时，中央控制单元设定电流控制环的参考电流值Iref等于涓流电流ITC，电流控制环通过PI调节，将PI调节的计算结果作为充电控制结果送给中央控制单元。
3.根据权利要求1所述一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法，其特征在于，当蓄电池电压达到过充电压UOC的0.95倍时，中央控制单元选择电压控制环和电流控制环控制充电，中央控制单元分别设定电压控制环的参考电压值Uref等于过充电压UOC、电流控制环的参考电流值Iref等于快速充电电流IBULK。
4.根据权利要求3所述一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法，其特征在于，电压控制环是由参考电压Uref与蓄电池的充电电压Vb进行控制，避免蓄电池组的充电电压超过Uref，电压控制环的计算结果送给电流控制环，而电流控制环以电压控制环的计算结果及蓄电池的充电电流Ib为控制条件，电流控制环输出充电控制结果至中央处理单元。
5.根据权利要求1所述一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法，其特征在于，当蓄电池电压达到过充电压UOC时，中央控制单元设定电压控制环的电压参考值Uref等于浮充电压UFLOAT，由电压控制环和电流控制环计算充电控制结果传送给中央控制单元。
6.根据权利要求1-5任何一项所述一种基于MPPT控制的蓄电池充电控制方法，其特征在于，中央控制单元为DSP芯片。
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