CN103475045A - 一种车用太阳能动力系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用太阳能动力系统及其控制方法，属于太阳能领域。所述系统包括太阳能电池板、蓄电池、超级电容、以及控制电路；控制电路，用于控制太阳能电池板为超级电容充电；当车辆状态为加速时，控制蓄电池和超级电容同时向电机放电，且蓄电池的放电电流等于蓄电池的额定电流；当车辆状态为正常行驶时，控制蓄电池向电机放电。本发明通过采用超级电容代替现有技术中的蓄电池储存太阳能电池板转化的电能，可以避免现有技术中由于蓄电池的循环充放电次数有限，频繁充放电会导致缩短蓄电池寿命的问题。而且当车辆状态为加速时，采用超级电容和蓄电池同时放电，避免了蓄电池放电电流过大而对蓄电池造成损伤，进一步延长了蓄电池的寿命。

Description

一种车用太阳能动力系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能领域，特别涉及一种车用太阳能动力系统及其控制方法。
背景技术
燃料能源的有限和燃料燃烧带来的环境污染，促使可利用太阳能充电的电动车辆的快速发展，这种发展中的电动车辆采用车用太阳能动力系统驱动车辆行驶。
现有的车用太阳能动力系统包括太阳能电池板、蓄电池、以及用于控制蓄电池充放电的控制器，控制器分别与太阳能控制板和蓄电池连接。当太阳光辐射强度高时，太阳能电池板转化的电能一部分用于驱动车辆，另一部分用于蓄电池充电；当太阳光辐射强度低时，太阳能电池板转化的电能全部用于驱动车辆，蓄电池也放电驱动车辆；当没有太阳光辐射时，由蓄电池放电驱动车辆。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
只要太阳光辐射强度高，就会对蓄电池充电，只要太阳光辐射强度低，就会让蓄电池放电，蓄电池充放电频繁，而蓄电池的充放电次数是有限的，如此频繁的循环充放电会缩短蓄电池的寿命。
发明内容
为了解决现有技术缩短蓄电池寿命的问题，本发明实施例提供了一种车用太阳能动力系统及其控制方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种车用太阳能动力系统，所述系统包括包括太阳能电池板和蓄电池，所述系统还包括超级电容和控制电路；
所述控制电路，用于控制所述太阳能电池板为所述超级电容充电；当车辆状态为加速时，控制所述蓄电池和所述超级电容同时向电机放电，且所述蓄电池的放电电流等于所述蓄电池的额定电流；当所述车辆状态为正常行驶时，控制所述蓄电池向所述电机放电。
在第一种可能的实现方式中，所述控制电路还用于，
当所述车辆状态为刹车时，控制所述电机为所述超级电容充电。
在第二种可能的实现方式中，当所述车辆状态为正常行驶时，所述控制电路还用于，
当所述太阳能电池板的输出功率大于预定功率时，控制所述太阳能电池板以所述预定功率为所述超级电容充电，并控制所述太阳能电池板为所述电机供电，以驱动所述车辆行驶，且所述太阳能电池板提供给所述电机的功率等于所述太阳能电池板的输出功率与所述预定功率之间的差值；
当所述太阳能电池板的输出功率小于或等于所述预定功率时，控制所述太阳能电池板以所述太阳能电池板的输出功率为所述超级电容充电。
在第三种可能的实现方式中，所述系统还包括用于转换所述太阳能电池板输出电压的电压转换模块和用于控制所述电压转换模块输出电压为设定值的电压转换控制电路，所述电压转换模块串联在所述太阳能电池板和所述控制电路之间，所述电压转换控制电路与所述电压转换模块连接。
可选地，所述电压转换控制电路包括：
第一电压采集单元，用于采集所述电压转换模块的输入电压；
第一电流采集单元，用于采集所述电压转换模块的输入电流；
第二电压采集单元，用于采集所述电压转换模块的输出电压；
第二电流采集单元，用于采集所述电压转换模块的输出电流；以及
控制芯片，用于根据所述电压转换模块的输入电压、输入电流、输出电压、以及输出电流调节所述电压转换模块输出电压和输入电压的比值。
在第四种可能的实现方式中，所述系统还包括用于将提供给所述电机的直流电转换为交流电的逆变电路。
另一方面，本发明实施例提供了一种车用太阳能动力系统的控制方法，所述方法包括：
控制太阳能电池板为超级电容充电；
获取车辆状态；
当所述车辆状态为加速时，控制蓄电池和所述超级电容同时向电机放电，且所述蓄电池的放电电流等于所述蓄电池的额定电流；
当所述车辆状态为正常行驶时，控制所述蓄电池向所述电机放电。
在第一种可能的实现方式中，所述方法还包括：
当所述车辆状态为刹车时，控制所述电机为所述超级电容充电。
在第二种可能的实现方式中，当所述车辆状态为正常行驶时，所述方法还包括：
当所述太阳能电池板的输出功率大于预定功率时，控制所述太阳能电池板以所述预定功率为所述超级电容充电，并控制所述太阳能电池板为所述电机供电，以驱动所述车辆行驶，且所述太阳能电池板提供给所述电机的功率等于所述太阳能电池板的输出功率与所述预定功率之间的差值；
当所述太阳能电池板的输出功率小于或等于所述预定功率时，控制所述太阳能电池板以所述太阳能电池板的输出功率为所述超级电容充电。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过采用超级电容代替现有技术中的蓄电池储存太阳能电池板转化的电能，由于超级电容的循环寿命长，因此可以避免现有技术中由于蓄电池的循环充放电次数有限，频繁充放电会导致缩短蓄电池寿命的问题。当车辆需要加速或爬坡时，采用超级电容和蓄电池同时放电，驱动车辆行驶，避免了蓄电池放电电流过大而对蓄电池造成损伤，进一步延长了蓄电池的寿命。而且超级电容的充放电效率和能量密度比蓄电池高，超级电容的比功率较大，车辆的可行驶距离增加了。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种车用太阳能动力系统的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种车用太阳能动力系统的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的电压转换控制电路的结构示意图；
图4是本发明实施例三提供的一种车用太阳能动力系统的控制方法的流程图；
图5是本发明实施例四提供的一种车用太阳能动力系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种车用太阳能动力系统，参见图1，该系统包括太阳能电池板1、蓄电池2、超级电容3、以及控制电路4。控制电路4分别与太阳能电池板1和超级电容3连接，超级电容3和蓄电池2分别与电机5连接。
在本实施例中，控制电路4用于，控制太阳能电池板1为超级电容3充电。控制电路4还用于，当车辆状态为加速时，控制蓄电池2和超级电容3同时向电机5放电，且蓄电池2的放电电流等于蓄电池2的额定电流；当车辆状态为正常行驶时，控制蓄电池2向电机5放电。
在实际应用中，车辆状态一般分为加速、正常行驶、刹车三种，车辆状态可以根据直流母线电流与蓄电池2的额定电流之间的大小关系进行判断，直流母线为超级电容3和蓄电池2，与电机5之间的连接线。具体地，当直流母线电流大于蓄电池2的额定电流时，车辆状态为加速；当直流母线电流小于或等于蓄电池2的额定电流，且直流母线电流大于0（规定蓄电池2放电时的电流方向为正）时，车辆状态为正常行驶；当直流母线电流小于0时，车辆状态为刹车。
下面简单介绍一下本发明提供的车用太阳能动力系统的工作原理：
当有太阳光时，太阳能电池板1将太阳能转换为电能，为超级电容2充电。当车辆行驶时，如果车辆需要加速（例如启动等）或者爬坡，即车辆状态为加速，控制电路4控制蓄电池2和超级电容3同时向电机5放电，驱动车辆行驶，且蓄电池2的放电电流等于蓄电池2的额定电流。如果车辆按照通常的车速正常行驶，即车辆状态为正常行驶时，控制电路4只控制蓄电池2向电机5放电，驱动车辆行驶。
本发明实施例通过采用超级电容代替现有技术中的蓄电池储存太阳能电池板转化的电能，由于超级电容的循环寿命长，因此可以避免现有技术中由于蓄电池的循环充放电次数有限，频繁充放电会导致缩短蓄电池寿命的问题。当车辆需要加速或爬坡时，采用超级电容和蓄电池同时放电，驱动车辆行驶，避免了蓄电池放电电流过大而对蓄电池造成损伤，进一步延长了蓄电池的寿命。而且超级电容的充放电效率和能量密度比蓄电池高，超级电容的比功率较大，车辆的可行驶距离增加了。
实施例二
本发明实施例提供了一种车用太阳能动力系统，参见图2，该系统包括太阳能电池板1、蓄电池2、超级电容3、以及控制电路4。控制电路4分别与太阳能电池板1和超级电容3连接，超级电容3和蓄电池2分别与电机5连接。
在本实施例中，控制电路4用于，控制太阳能电池板1为超级电容3充电。控制电路4还用于，当车辆状态为加速时，控制蓄电池2和超级电容3同时向电机5放电，且蓄电池2的放电电流等于蓄电池2的额定电流；当车辆状态为正常行驶时，控制蓄电池2向电机5放电。
在实际应用中，车辆状态一般分为加速、正常行驶、刹车三种，车辆状态可以根据直流母线电流与蓄电池2的额定电流之间的大小关系进行判断，直流母线为超级电容3和蓄电池2，与电机5之间的连接线。具体地，当直流母线电流大于蓄电池2的额定电流时，车辆状态为加速；当直流母线电流小于或等于蓄电池2的额定电流，且直流母线电流大于0（规定蓄电池2放电时的电流方向为正）时，车辆状态为正常行驶；当直流母线电流小于0时，车辆状态为刹车。
可选地，太阳能电池板1可以包括若干个太阳能电池串联或并联的太阳能电池方阵。
在本实施例的一种实现方式中，控制电路4还可以用于，当车辆状态为刹车时，控制电机5为超级电容3充电，储存刹车时多余的能量，以供以后使用，提高了电能的使用效率，并且进一步减小了蓄电池的充放电次数。
在本实施例的另一种实现方式中，当车辆状态为正常行驶时，控制电路4还可以用于，当太阳能电池板1的输出功率大于预定功率时，控制太阳能电池板1以预定功率为超级电容3充电，并控制太阳能电池板1为电机5供电，以驱动车辆行驶，且太阳能电池板1提供给电机5的功率等于太阳能电池板1的输出功率与预定功率之间的差值，这样，可以防止超级电容3超负荷充电，延长超级电容3的寿命。控制电路4还可以用于，当太阳能电池板1的输出功率小于或等于预定功率时，控制太阳能电池板1以太阳能电池板1的输出功率为超级电容3充电，保证太阳能优先用于为超级电容3充电，以确保车辆状态为加速时，超级电容3可以向电机5放电。
在本实施例中，预定功率为设定值，可以根据超级电容的参数进行设定，也可以根据车辆的实际情况进行设定，本发明并不限制于此。
具体地，太阳能电池板1的输出功率可以根据太阳能电池板1的输出电压和输出电流得到。太阳能电池板1的输出电压可以由电压传感器获得，太阳能电池板1的输出电流可以由电流传感器获得，电压传感器和电流传感器可以是控制电路4的一部分，也可以是单独设置的，与控制电路4连接，本发明对此不作限制。
在本实施例的又一种实现方式中，该系统还可以包括用于转换太阳能电池板1输出电压的电压转换模块6，电压转换模块串联在太阳能电池板1和控制电路4之间。
进一步地，该系统还可以包括用于控制电压转换模块6输出电压为设定值的电压转换控制电路7，电压转换控制电路7与电压转换模块6连接，使太阳能电池板1的输出电压可以转换为所需的设定值。
具体地，参见图3，电压转换控制电路7包括第一电压采集单元71、第一电流采集单元72、第二电压采集单元73、第二电流采集单元74、以及控制芯片75。第一电压采集单元71的输入端、第一电流采集单元72的输入端分别与电压转换模块6的输入端连接，第二电压采集单元73的输入端、第二电流采集单元74的输入端分别与电压转换模块6的输出端连接，控制芯片75分别与第一电压采集单元71的输出端、第一电流采集单元72的输出端、第二电压采集单元73的输出端、第二电流采集单元74的输出端、电压转换模块6的控制端连接。
其中，第一电压采集单元71用于采集电压转换模块6的输入电压。第一电流采集单元72用于采集电压转换模块6的输入电流。第二电压采集单元73用于采集电压转换模块6的输出电压。第二电流采集单元74用于采集电压转换模块6的输出电流。控制芯片75用于根据电压转换模块6的输入电压、输入电流、输出电压、以及输出电流调节电压转换模块6的输出电压与输入电压的比值。
容易知道，第一电压采集单元71、第一电流采集单元72、第二电压采集单元73、以及第二电流采集单元74均还可以包括信号处理电路，如A/D（Analog/Digital，模数）转换电路。
在本实施例的又一种实现方式中，该系统还包括用于将提供给电机5的直流电转换为交流电的逆变电路8，逆变电路8串联在超级电容3与电机5之间、蓄电池2与电机5之间。容易知道，电机5通常使用交流电驱动，由于蓄电池2和超级电容3提供的是直流电，因此需要逆变电路8将蓄电池2和/或超级电容3提供的直流电转换为交流电，以驱动电机，扩大了该动力系统所适用的电机范围。
本发明实施例通过采用超级电容代替现有技术中的蓄电池储存太阳能电池板转化的电能，由于超级电容的循环寿命长，因此可以避免现有技术中由于蓄电池的循环充放电次数有限，频繁充放电会导致缩短蓄电池寿命的问题。当车辆需要加速或爬坡时，采用超级电容和蓄电池同时放电，驱动车辆行驶，避免了蓄电池放电电流过大而对蓄电池造成损伤，进一步延长了蓄电池的寿命。而且超级电容的充放电效率和能量密度比蓄电池高，超级电容的比功率较大，车辆的可行驶距离增加了。
实施例三
本发明实施例提供了一种车用太阳能动力系统的控制方法，适用于实施例一提供的车用太阳能动力系统，参见图3，该方法包括：
步骤301：控制太阳能电池板为超级电容充电。
容易知道，该步骤301在有太阳光的情况下执行。
步骤302：获取车辆状态。当车辆状态为加速时，执行步骤303；当车辆状态为正常行驶时，执行步骤304。
需要说明的是，车辆状态一般分为加速、正常行驶、刹车三种，车辆状态可以根据直流母线电流与蓄电池的额定电流之间的大小关系进行判断，直流母线为超级电容和蓄电池，与电机之间的连接线。具体地，当直流母线电流大于蓄电池的额定电流时，车辆状态为加速；当直流母线电流小于或等于蓄电池的额定电流，且直流母线电流大于0（规定蓄电池放电时的电流方向为正）时，车辆状态为正常行驶；当直流母线电流小于0时，车辆状态为刹车。
步骤303：控制蓄电池和超级电容同时向电机放电，且蓄电池的放电电流等于蓄电池的额定电流。
步骤304：控制蓄电池向电机放电。
本发明实施例通过采用超级电容代替现有技术中的蓄电池储存太阳能电池板转化的电能，由于超级电容的循环寿命长，因此可以避免现有技术中由于蓄电池的循环充放电次数有限，频繁充放电会导致缩短蓄电池寿命的问题。当车辆需要加速或爬坡时，采用超级电容和蓄电池同时放电，驱动车辆行驶，避免了蓄电池放电电流过大而对蓄电池造成损伤，进一步延长了蓄电池的寿命。而且超级电容的充放电效率和能量密度比蓄电池高，超级电容的比功率较大，车辆的可行驶距离增加了。
实施例四
本发明实施例提供了一种车用太阳能动力系统的控制方法，适用于实施例二提供的车用太阳能动力系统，参见图4，该方法包括：
步骤401：控制太阳能电池板为超级电容充电。
容易知道，该步骤401在有太阳光的情况下执行。
步骤402：获取车辆状态。当车辆状态为加速时，执行步骤403；当车辆状态为正常行驶时，执行步骤404；当车辆状态为刹车时，执行步骤405。
需要说明的是，车辆状态一般分为加速、正常行驶、刹车三种，车辆状态可以根据直流母线电流与蓄电池的额定电流之间的大小关系进行判断，直流母线为超级电容和蓄电池，与电机之间的连接线。具体地，当直流母线电流大于蓄电池的额定电流时，车辆状态为加速；当直流母线电流小于或等于蓄电池的额定电流，且直流母线电流大于0（规定蓄电池放电时的电流方向为正）时，车辆状态为正常行驶；当直流母线电流小于0时，车辆状态为刹车。
步骤403：控制蓄电池和超级电容同时向电机放电，且蓄电池的放电电流等于蓄电池的额定电流。
步骤404：控制蓄电池向电机放电。
步骤405：控制电机为超级电容充电。
在本实施例的一种实现方式中，当车辆状态为正常行驶时，该方法还可以包括步骤：当太阳能电池板的输出功率大于预定功率时，控制太阳能电池板以预定功率为超级电容充电，并控制太阳能电池板为电机供电，以驱动车辆行驶，且太阳能电池板提供给电机的功率等于太阳能电池板的输出功率与预定功率之间的差值，这样，可以防止超级电容超负荷充电，延长超级电容的寿命。该方法还可以包括步骤：当太阳能电池板的输出功率小于或等于预定功率时，控制太阳能电池板以太阳能电池板的输出功率为超级电容充电，保证太阳能优先用于为超级电容充电，以确保车辆状态为加速时，超级电容可以向电机放电。
在本实施例中，预定功率为设定值，可以根据超级电容的参数进行设定，也可以根据车辆的实际情况进行设定，本发明并不限制于此。
具体地，太阳能电池板的输出功率可以根据太阳能电池板的输出电压和输出电流得到。
本发明实施例通过采用超级电容代替现有技术中的蓄电池储存太阳能电池板转化的电能，由于超级电容的循环寿命长，因此可以避免现有技术中由于蓄电池的循环充放电次数有限，频繁充放电会导致缩短蓄电池寿命的问题。当车辆需要加速或爬坡时，采用超级电容和蓄电池同时放电，驱动车辆行驶，避免了蓄电池放电电流过大而对蓄电池造成损伤，进一步延长了蓄电池的寿命。而且超级电容的充放电效率和能量密度比蓄电池高，超级电容的比功率较大，车辆的可行驶距离增加了。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车用太阳能动力系统，所述系统包括太阳能电池板和蓄电池，其特征在于，所述系统还包括超级电容和控制电路；
所述控制电路，用于控制所述太阳能电池板为所述超级电容充电；当车辆状态为加速时，控制所述蓄电池和所述超级电容同时向电机放电，且所述蓄电池的放电电流等于所述蓄电池的额定电流；当所述车辆状态为正常行驶时，控制所述蓄电池向所述电机放电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制电路还用于，
当所述车辆状态为刹车时，控制所述电机为所述超级电容充电。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述车辆状态为正常行驶时，所述控制电路还用于，
当所述太阳能电池板的输出功率大于预定功率时，控制所述太阳能电池板以所述预定功率为所述超级电容充电，并控制所述太阳能电池板为所述电机供电，以驱动所述车辆行驶，且所述太阳能电池板提供给所述电机的功率等于所述太阳能电池板的输出功率与所述预定功率之间的差值；
当所述太阳能电池板的输出功率小于或等于所述预定功率时，控制所述太阳能电池板以所述太阳能电池板的输出功率为所述超级电容充电。
4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于转换所述太阳能电池板输出电压的电压转换模块和用于控制所述电压转换模块输出电压为设定值的电压转换控制电路，所述电压转换模块串联在所述太阳能电池板和所述控制电路之间，所述电压转换控制电路与所述电压转换模块连接。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电压转换控制电路包括：
第一电压采集单元，用于采集所述电压转换模块的输入电压；
第一电流采集单元，用于采集所述电压转换模块的输入电流；
第二电压采集单元，用于采集所述电压转换模块的输出电压；
第二电流采集单元，用于采集所述电压转换模块的输出电流；以及
控制芯片，用于根据所述电压转换模块的输入电压、输入电流、输出电压、以及输出电流调节所述电压转换模块输出电压和输入电压的比值。
6.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于将提供给所述电机的直流电转换为交流电的逆变电路。
7.一种车用太阳能动力系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
控制太阳能电池板为超级电容充电；
获取车辆状态；
当所述车辆状态为加速时，控制蓄电池和所述超级电容同时向电机放电，且所述蓄电池的放电电流等于所述蓄电池的额定电流；
当所述车辆状态为正常行驶时，控制所述蓄电池向所述电机放电。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述车辆状态为刹车时，控制所述电机为所述超级电容充电。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述车辆状态为正常行驶时，所述方法还包括：
当所述太阳能电池板的输出功率大于预定功率时，控制所述太阳能电池板以所述预定功率为所述超级电容充电，并控制所述太阳能电池板为所述电机供电，以驱动所述车辆行驶，且所述太阳能电池板提供给所述电机的功率等于所述太阳能电池板的输出功率与所述预定功率之间的差值；
当所述太阳能电池板的输出功率小于或等于所述预定功率时，控制所述太阳能电池板以所述太阳能电池板的输出功率为所述超级电容充电。
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